2

3

4

5

6

7

SISÄLLYSLUETTELO 12/2011

Kuvaluettelo.......................................................................................... 9 I LUKU. .............................................................................................. 12 Kemiallinen alkuaineoppi ennen radioaktiivisuuden keksimistä........ 12

l. Yleisiä näkökohtia. ...................................................................... 12 2. Alkuaineitten jaksoittainen järjestelmä....................................... 15

II Luku ................................................................................................ 21 Alkuaineitten radioaktiiviset muutokset. ............................................ 21

I. Radioaktiivisuus tienviittana uusia alkuaineita keksittäessä. ...... 21 a) Radiumin löytö ja sen ominaisuudet....................................... 22 b) Radiumemanaatio. .................................................................. 24

2. Alkuaineen muuttumiskyky. ....................................................... 25 3. Radioaktiivisten alkuaineitten säteily niitten muuttumisen seuralaisilmiönä. ............................................................................. 30 4. Radiumin hidas hajoaminen........................................................ 34 5. Muuttumisnopeus radioalkuaineen tunnuksena; radiumemanaation aktiivinen kerrostuma....................................... 37 6. Kolme radioaktiivista ryhmää..................................................... 40

III LUKU. ........................................................................................... 52 Radioalkuaineitten kemia.................................................................... 52

l. Radioalkuaineitten atomipainot. .................................................. 52 2. Radioalkuaineitten kemialliset ominaisuudet. ............................ 55 3. Radioalkuaineitten asema luonnollisessa järjestelmässä. ........... 59 Plejadi -ryhmä................................................................................. 62

IV LUKU. ........................................................................................... 66 Siirtymälait ja niitten sovellutuksia. ................................................... 66

1. Yleisiä näkökohtia. ..................................................................... 66 2. Uraani X₂.................................................................................... 67 3. Protaktinium, aktiniumin kanta-aine........................................... 70 4. Muita johtopäätelmiä. ................................................................. 75

V LUKU.............................................................................................. 79 Atomipaino ja isotooppien elinikä. ..................................................... 79

Uraaniradiumsarja ja toriumsarja.................................................... 80 Aktiniumsarja.................................................................................. 80

VI LUKU. ........................................................................................... 83 Hajoamissarjojen lopputuotteet ja isotooppiset lyijylajit.................... 83

1. Teoriaa. ....................................................................................... 83 2. Uraanilyijy. ................................................................................. 88 3. Toriumlyijy. ................................................................................ 91 4. Tavallinen lyijy. .......................................................................... 93

VII LUKU........................................................................................... 96 Isotooppisten alkuaineitten ominaisuudet........................................... 96

Lyijylajit, Taulukko 8. .................................................................... 97 VIII LUKU........................................................................................ 101 Äärimmilleen miedonnettujen aineitten kemialliset ominaisuudet... 101 IX LUKU. ......................................................................................... 106 Radioalkuaineet indikaattoreina........................................................ 106 X LUKU,........................................................................................... 109

8

Tavallisten alkuaineitten isotopia. .................................................... 109 Kanavasäteet ..................................................................................... 111

Kanavasädemittauksen kehitys ..................................................... 113 Astonin keksintö tukee Proutin Hypoteesia.................................. 115

XI LUKU. ......................................................................................... 116 Alkuaineitten järjestysluvut. ............................................................. 116

K ja L -säteily................................................................................ 117 XII LUKU......................................................................................... 122 Atomien rakenne. .............................................................................. 122

l. Yleisiä käsitteitä......................................................................... 123 2. Atomiytimen varaus.................................................................. 125 3. Siirtymäsääntöjen ja isotopian selitys. ...................................... 127 4. Atomiydinten massa.................................................................. 131

XIII LUKU........................................................................................ 133 Atomien keinotekoinen hajoittaminen.............................................. 133 XIV LUKU. ...................................................................................... 143 Kemiallisen alkuainekäsitteen tarkistus. ........................................... 143

1. Alkuainekäsite ja isotopia. ........................................................ 144 1. Alkuainekäsite ja isotopia. ........................................................ 144 2. Alkuainekäsite ja radioaktiiviset muuttumisilmiöt. .................. 148

XV LUKU......................................................................................... 153 Jälkikatsaus ja tulevaisuuden näköaloja............................................ 153 Liite: Kanavasädeanalyysi ................................................................ 164

Astonin massaspektrograafi. ......................................................... 164 Massaspektrograafin mittaustulokset............................................ 169

Tavallisten Alkuaineitten Isotoopit................................................... 172 Uusimmat tulokset ennen kirjan painoon menoa v.1927.............. 175

177 Alkuperäisen Kirjan Hakemisto................................................. 177 Uudistettu Versio 12/2011 ............................................................ 181

9

Kuvaluettelo Kuva 1 Radiumemanaation hajoaminen ............................................. 27 Kuva 2 α-osasten ratoja ilmassa......................................................... 32 Kuva 3 α-säteilijöitten puoliajan ja niitten α-säteiden tunkeuman

suhde. .......................................................................................... 50 Kuva 4 Laite kanavasäteitten synnyttämiseksi ................................ 111 Kuva 5 Kanavasäteet Ilmakehän jalokaasujen seoksessa ................ 112 Kuva 6 Alkuaineitten L-sarjan röntgenspekrit.................................. 118 Kuva 7 Alkuainitten järjestysluku ja röntgensädespektri ................ 119 Kuva 8 α-osasten rata ilmassa.......................................................... 134 Kuva 9 α-osasen rata vedyssä .......................................................... 136 Kuva 10 ja Kuva 11: Kanavasäteiden testilaite; Ashtonin spektrometri

................................................................................................... 165 Kuva 11 -->12 Kanavasäteilyn mittaustulokset............................... 169

10

Johdanto. Vuonna 1896 keksi Henri Becquerel uuden ominaisuuden materiassa radioaktiivisuuden, osoittaessaan että uraanisuoloista ilman mitään ulkomaisia vaikutteita jatkuvasti lähtee läpitunkevia säteitä. Luonnontieteilijät ymmärsivät pian tämän keksinnön suuren merkityksen, ja jopa maallikkojenkin keskuudessa tuli tämä ilmiö hyvin tunnetuksi, kun vuonna 1898 Curie puolisoitten onnistui valmistaa puhtaita radiumsuoloja, joitten säteilykyky on paljon suurempi kuin uraanin. Aluksi kiinnitti eniten huomiota puoleensa se seikka, että varsin pienistä radium määristä vapautuu ilman mitään ulkonaisia toimenpiteitä suunnattomasti energiaa, joka ilmaiseikse radiumin lähettämänä säteilynä. Jos kiinnitetään pieni radiumsuolaa sisältävä putki itseänsä suuremman vesiastian kalorimetrin keskelle, niin imeytyy suurin osa säteilystä veteen ja tällöin havaitaan, että yhtä radiumgrammaa kohti kehittyy tunnissa suunnilleen 130 grammakaloriaa. s.o. niin suuri lämpömäärä, että se voi kohottaa 130 g:n suuruisen vesipaljouden lämpötilaa yhden asteen.

11

Eikä tämä itseperäinen lämmönkehitys vuosikausiakaan kestäneenä huomioaikana havaittavasti vähentynyt, joten luultiin käsillä olevan jonkinlaisen ikiliikkujan, Perpetuum mobilen. Energian häviämättömyyden laki, joka edellisen vuosisadan puolivälistä saakka oli hallinnut luonnontieteellistä ajattelua ja tullut nykyaikaisen fysiikan pääperustaksi, näytti tässä tapauksessa joutuvan ristiriitaan tosiseikkojen kanssa. Saamme pian nähdä, millä tavoin on onnistuttu selittämään tämä näennäinen ristiriita ja siten riistämään radioaktiivisilta ilmiöiltä niiden fysiikalle kumouksellinen luonne. Sillä huolimatta niistä lukuisista tavattoman arvokkaista tuloksista, jotka radioaktiivisen tutkimuksen on onnistunut liittää fysiikalliseen oppirakennelmaan, voi täydellä syyllä väittää, ettei se ole vähääkään järkyttänyt aikaisempia totuuksia. Samoin ei kuitenkaan ole laita fysiikan sisartieteen kemian. Tämä ei tosin aluksi juuri lainkaan kiinnittänyt huomiotaan radioaktiivisiin ilmiöihin. Sen saattaa ymmärtää, kun ajattelee, että niitten menetelmien omalaatuisuus, joiden avulla tutkitaan useinkin aivan mitättömän pienin erin käytettävissä olevia radioaktiivisia aineita, helposti voi johtaa siihen käsitykseen, että nämä aineet muodostavat oman erillisen maailmansa, joka on ainoastaan hyvin heikossa yhteydessä muun maailman kanssa. Vasta vähitellen havaittiin yhä selvemmin näitten kahden maailman välinen läheinen, kiinteä yhteys, ja viimeisten parin vuoden aikana suoritetut tutkimukset ovat melkein täydellisesti poistaneet rajan ja samalla liittäneet aivan uusia näkökantoja kemialliseen oppirakennelmaan. Verrattomasti suurin merkitys radioaktiivisuudella on opille kemiallisista alkuaineista ja näitten välisistä suhteista. Radioaktiivinen tutkimus on kaikiksi ajoiksi painanut leimansa alkuaineoppiin. Se tosiseikka, että tällä hetkellä on välttämätöntä koetella kemian ehkä perustavimman käsitteen, kemiallisen alkuaineen käsitteen, kestävyyttä radioaktiivisen tutkimuksen tulosten kannalta, osoittaa selvimmin, miten kauas tämän tutkimuksen seuraukset kantavat.

12

I LUKU.

Kemiallinen alkuaineoppi ennen radioaktiivisuuden keksimistä.

l. Yleisiä näkökohtia.

Luokaamme aluksi silmäys alkuaineopin asemaan ennen radioaktiivisuuden keksimistä. Vanha, Robert Boylen seitsemännentoista vuosisadan keskivaiheilla laatima ja sittemmin Lavoisiefin tarkistama kemiallisen alkuaineen määritelmä, oli pysynyt täysin pätevänä. Kemiallisina alkuaineina pidettiin aineita, joita ei millään keinolla oltu voitu jakaa yksinkertaisenıpiin yhdysosiin. Tämä alkuaineen määritelmä on täysin empiirinen; se ei sano, ettei alkuainetta voi jakaa, vaan että alkuainetta ei ole kyetty jakamaan. On senvuoksi tärkeätä olla täysin selvillä niistä menettelytavoista, joita vielä aivan äskettäin käytettiin jaettaessa aineita osiinsa, joiden äärimmäisenä rajana alkuaineet ovat. Yleisin keino monimutkaisen seoksen jakamiseksi yhdysosiinsa perustuu alkuaineitten yhdistysten erilaiseen liukenevaisuuteen.

13

Melkein jokaisella alkuaineella on useita luonteenomaisia reaktioita, jotka suurimmaksi osaksi johtuvat sen yhdistysten vaikealiukoisuudesta ja joita senvuoksi ei käytetä yksinomaan alkuaineen läsnäolon toteamiseksi ja siten kvalitatiivisen ana lyysin perustaksi, vaan myöskin sen erottamiseksi muitten alkuaineitten yhteydestä. On kuitenkin olemassa alkuaineita, ennen kaikkea n.s. harvinaisten maametallien ryhmään kuuluvat (lantaani, cerium, praseodym, neodym j. n. e.), joitten luonteenomaiset reaktiot ovat niin toistensa kaltaisia, että ne voidaan erottaa toisistaan ainoastaan jaoittelevasti saostamalla ja kiteyttämällä niitten suoloja, mikä on sangen paljon aikaa vievä toimenpide. Jos mainittujen menetelmien avulla on rnonimutkaisesta seoksesta saatu yhtenäinen yhdistys erotetuksi, niin koetetaan tätä edelleen jakaa osiinsa, joko fysiikallisin apukeinoin, kuten lämmittämällä ja sähkövirtaa käyttämällä, tai muitten aineitten kanssa tapahtuvan kemiallisen vuorovaikutuksen avulla. Tällä tavoin saadaan lopulta rajoitettu määrä aineita, joista, niitä edelleen samalla tavalla käsiteltäessä, ei milloinkaan muodostu aineita, jotka painaisivat vähemmän kuin lähtökohtana olleet aineet ja nämä aineet juuri ovat meidän alkuaineitaimme. Erikoista huomiota ansaitsee vielä n.s. jalokaasujen ryhmä, jolıon kuuluvat helium, neon, argon, krypton ja ksenon.

14

14 Koska ne eivät saata muodostaa yhdistyksiä muitten alkuaineitten kanssa, voidaan ne erottaa toisistaan ainoastaan käyttämällä fysiikallis-kemiallisia menetelmiä, kuten jaoittelevaa nesteyttämistä tai nesteytetyn kaasun jaoittelevaa haihdutusta. Mainittakoon vielä lopuksi, että syntynyt kysymys siitä, onko helium alkuaine vai seos, tuli ratkaistuksi edellisen vaihtoehdon eduksi sillä perusteella, että koe heliumin hajoittamiseksi jaoittelevan diffusion avulla antoi kielteisen tuloksen. Siihen saakka, jolloin radioaktiivisuus tuli tunnetuksi, oli kaikkia näitä hajoittamismenetelmiä käyttäen keksitty suunnilleen 80 alkuainetta. Vallitsevan käsityskannan mukaan on mahdollista jakaa määrätty alkuainemäärä ainoastaan sellaisiin osiin, joilla on samat ominaisuudet kuin lähtökohtanakin olleella aineella. Tällä alkuaineitten mekaanisella jaollisuudellakin on atomiteorian mukaan rajansa, joka saavutetaan, jos esim. 1 g vetyä jaetaan 6,06 x 10 ²³ :een (1. yhtäsuureen osaan, joita nimitetään vetyatomiksi. Vastaten tunnettujen alkuaineitten lukua oletettiin olevan olemassa suunnilleen 80 erilaista atomia ja niistä sitten otaksuttiin koko maailman muodostuneen. Koska on mahdotonta hajoittaa alkuaineita, on siis ainoa, mitä alkuaineitten alomeille voi tehdä, yhdistää joko samanlaisia tai erilaisia atomeja keskenään molekyyleiksi. Atomit itse pysyvät sen sijaan muuttumattomina ja ne voidaan aina uudelleen eristää yhdistyksistään. (1. 10n merkitsee lukua, jossa ykkösen jälkeen seuraa n nollaa; esim. 10⁶

on = 1 000 000; 10-n merkitsee 1/10x.

15

Oli siis mahdollista muodostaa alkuaineitten katoamattomuuden laki. Kaikki määrätyn alkuaineen atomit ovat täydellisesti toistensa kaltaisia. Niillä an ennenkaikkea sama massa ja sama paino, jonka suhteellista suuruutta, verrattuna happiatomin 16,000;ksi määrättyyn painoon, sanotaan asianomaisen alkuaineen atomipainoksi. Atomipainoa pidettiin sangen tärkeänä alkuaineen ominaisuutena. Olihan se ainoa ominaisuus, joka oli kaikista ulkonaisista seikoista täysin riippumaton; se oli vakio sanan todellisessa merkityksessä. Tähän tulee lisäksi atomipainon tavattoman suuri käytännöllinen merkitys, se kun on jokaisen kvantitatiivisen analyysin ja kemiallisen laskennon pohjana. Samalla kun atomipaino on alkuaineen tärkein ominaisuus, kun on kysymys sen kvantitatiiviskemiallisista ominaisuuksista, on jo mainittujen luonteenomaisten reaktioiden rinnalla sen valo-opillista spektriä pidettävä erittäin tärkeänä ominaisuuteııa sen kvalitatiiviselle tuntemiselle. Jokaisella alkuaineella on ominainen spektrinsä, ja harvinaiset maametallit sekä jalokaasut, jotka muuten miltei kaikessa tavattomasti muistuttavat toisia oman ryhmänsä alkuaineita, voidaan spektrinsä avulla helposti erottaa toisistaan.

2. Alkuaineitten jaksoittainen järjestelmä.

Kemiallisen hajoittelutaidon onnistui siis saada selville noin 80 materian rakennuskiveä, joihin sen täytyi pysähtyä.

16

16

17

Tämän lukumäärän suuruus tekee ymmärrettäväksi, että jo aikaisin suhtauduttiin epäilevästi siihen mielipiteeseen, jonka mukaan nämä olisivat äärimmäisiä rakennuskiviä, ilman mitään keskinäistä yhteyttä, ja että koetettiin ainakin välillistä tietä päästä selville alkuaineitten kesken vallitsevista läheisistä suhteista. Näitten pyrkimysten tärkeimpänä saavutuksena viime vuosisadalta on pidettävä alkuaineitten jaksoittaista eli luonnollista järjestelmää. Sen laadinnalle raivasivat tietä monet tutkijat, varsinkin de Chancourtois (1862) ja J. Newlands (1864), mutta Lothar Meyer ja Dmitri Mendelejeff antoivat sille v. 1869 lopullisen muodon. Ensimmäinen taulukkomme esittää jaksoittaisen järjestelmän ennen radioaktiivisuuden keksimistä. Järjestelmää sommiteltaessa valittiin sen perustaksi alkuaineitten atomipainot. Jaksoittainen järjestelmä nimittäin sanoo, että kemiallisten alkuaineitten ollessa järjestettynä sarjaan atomipainojensa mukaan tässä sarjassa esiintyy määrättyjen säännöllisten välimatkojen, jaksojen, päässä alkuaineita. jotka kemiallisine ja fysiikallisine ominaisuuksineen muistuttavat toisiaan. Jos esim. alkaen litium-metallista. joka seuraa helium-jalokaasua, tarkastamme toisen vaakasuoran rivin alkuaineita järjestyksessä kutakin, niin huomaamme, että näiden aineiden kemiallinen luonne yhä enemmän eroaa litiumista ja halogeeni fluori on viimein alkalimetallin täydellinen vastakohta.

18

18 Mutta seuraava askel vie uudelleen jalokaasuun (neoniin), jota jälleen seuraa alkalimetalli (natrium) ja seuraavat kolmannen rivin alkuaineet muistuttavat kemiallisessa suhteessa kukin sitä toisen rivin alkuainetta, joka on sen yläpuolella. Niinpä esim. halogeeni kloori on suuresti fluorin kaltainen. Tämä uudistuu, joskin määrätyin poikkeuksin ja erikoisuuksin, aina taulukon loppuun saakka. Samankaltaiset alkuaineet on taulukossa järjestetty pystysuoriin riveihin, ja ne muodostavat järjestelmän kahdeksan ryhmää, joista kukin on jaettu kahteen alaryhmään (1. Siten on esim. toisessa ryhmässä, jonka kaikilla jäsenillä on kaksiarvoisuus yhteistä, alkuaineilla Be, Mg, Ca, Sr ja Ba toiselta puolen sekä alkuaineilla Zn, Cd ja Hg toiselta puolen enemmän yhteisiä ominaisuuksia keskenään kuin eri alaryhmien alkuaineilla toisiinsa nähden. Järjestelmän perusajatus voidaan myös esittää siten, että alkuaineitten ominaisuudet ovat atomipainojensa jaksoittaisia funktioita. Atomipainoa pidetään sen mukaan perusominaisuutena, josta enimmät muut ensi sijassa riippuvat. Tätä saavutusta lukuunottamatta lienee tämän järjestelmän tärkeimpänä tuloksena pidettävä sitä, että sen avulla voitiin edeltäpäin määrätä vielä keksimättömien alkuaineitten lukumäärä. (1. Kuten edempänä (siv.75 ja taulukko 9) vielä osoitamme, on edullista

pitää taulukossa toisistaan erotettuja ryhmiä 0 ja VIII saman ryhmän

alaryhminä.

19

Sillä jokaisella alkuaineella täytyy olla paikkansa järjestelmässä, ja järjestelmänän sisältämien paikkojen luvun pitää siis olla yhtä suuri kuin olemassaolevien alkuaineitten luku. Kuten tunnettua on tätä ajatusta loistavasti tukenut alkuaineitten scandiumin, galliumin ja germaumin keksiminen; näitten alkuaineitten paikat olivat vielä jaksoittaisen järjestelmän laatimisen aikana tyhjät. Melkoisia vaikeuksia tuotti tämän ajatuksen sovelluttaminen ainoastaan harvinaisten maametallien kohdalla edempänä palaamme vielä tähän, kuten erinäisiin muihinkin järjestelmän erikoisuuksiin. Mitkä syvemmät syyt aiheuttavat alkuaineitten ominaisuuksien jaksoittaisen uusiintumisen, on kysymys, johon emme vielä nytkään, 50 vuotta tämän säännönmukaisuuden keksimisen jälkeen, voi antaa pätevää vastausta. Emme varmasti tiedä, miksi alkuaineitten järjestelmä on jaksoittainen. Kuitenkin juuri se tieto, että ylipäänsä on olemassa alkuaineitten järjestelmä, on Mendelejeffin keksinnön suuri voitto. Sillä se näytti vakuuttavasti, että alkuaineilla täytyy olla jotain muutakin yhteistä kuin vain niille kaikille ominainen vastahakoinen suhtautuminen kemistin hajoittelutaitoon. Vanha ajatus kaikkien alkuaineitten pohjana olevasta alkumateriasta heräsi jälleen eloon. Samalla täytyi kuitenkin luonnollisen järjestelmän olemassaolosta olla seurauksena, että, mikäli alkuaineot todellakin ovat yhdistettyjä, niitten kokoonpano on olemukseltaan samanlaatuinen.

20

Meidän ei ole tarvis tässä selostaa, minkälaisia muotoja jaksoittaisen järjestelmän elvyttämät mietiskelyt alkuaineitten yhdysperäisestä luonteesta saivat: kuitenkin mainittakoon ensimmäinen tämän laatuinen, englantilaisen lääkärin W. Proutin v. 1815 laatima hypoteesi, jonka mukaan vety on kaikkien alkuaineitten yhteinen alkumateria. Prout selitti kaikkien vetyä raskaampien atomien olevan kokoonpannut kokonaisasta luvusta vetyatomeja, ja hän väitti, että kaikkien alkuaineitten atomipainot tämän olettamuksen kanssa sopusoinnussa olisivat vedyn atomipainon kokonaiskerrannaisia. Silmäys taulukon 1 atomipainoihin näyttää kuitenkin, että, joskin se eräisiin alkuaineisiin nähden on likipitäen totta, niin useissa tapauksissa poikkeukset ylittävät atomipainoarvojen epävarmuusrajan. Siitä huolimatta on nyttemmin, kuten pian saamme nähdä, Proutin perusajatus osoittautunut aivan oikeaksi.

21

II Luku

Alkuaineitten radioaktiiviset muutokset.

I. Radioaktiivisuus tienviittana uusia alkuaineita keksittäessä.

Ensimmäinen tärkeä tulos, jonka radioaktiivisuuden keksiminen tuotti alkuainetutkimukselle oli periaatteellisesti uusi menetelmä alkuaineitten löytämiseksi. Kuten Becquerel osoitti, lähettävät uraanivalmisteet läpitunkevia

säteitä, jotka mustaavat valokuvauslevyn, saattavat fluoressoivat

aineet loistamaan ja tekevät ilman sähköäjohtavaksi eli, kuten

sanotaan, ionisoivat ilman.

Tämän ionisoivan vaikutuksen voimakkuus ja siten myöskin radioaktiivisen säteilyn voimakkuus voidaan mitata määräämällä varautuneen elektroskoopin tai elektrometrin purkautumisnopeus. Nyt näytti Marya Curie-Sklodowska tämän menetelmän avulla, että eri uraanisuolojen radioaktiivinen vaikutus on suhteellinen niitten uraanipitoisuuteen, joten siis radioaktiivisuus on ominaista uraani alkuaineelle ja tämän atomiominaisuus, joka on riippumaton uraaniatomin kemiallisista sitoutumissuhteista.

22

a) Radiumin löytö ja sen ominaisuudet. Tämä tieto kantoi pian runsasta hedelmää. Sillä sen jälkeen kun rouva Curie oli todennut uraanimineraaleilla olevan voimakkaamman aktiivisuuden kuin niitten uraanipitoisuus edellyttäisi, hän päätti näitten mineraalien sisältävän uraanin ohella toisenkin alkuaineen, voimakkaasti aktiivisen. Herra ja rouva Curie ovat sen vuoksi tarkan järjestelmällisen kemiallisen analyysin avulla tutkineet uraanipikivälkettä erottaakseen siitä uuden radioaktiivisen alkuaineen. Elektrometrin avulla suoritetut tutkimukset eri jaoitteitten säteilyn voimakkuudesta olivat oppaana kemiallisessa hajoittelutyössä, ja todella onnistuttiinkin (1898) keskittämään huomattava osa mineraalin aktiivisuudesta bariumiin. Kuitenkin epäonnistuttiin yritettäessä reagenssien avulla edelleen erottaa tämä radioaktiivinen aine bariumista, ja tämän vuoksi otettiin avuksi jo harvinaisten maametallien yhteydessä mainittu erottamiskeino suolojen jaoitteleva kiteyttäminen. Tällä tavalla voitiin radioaktiivisuutta yhä edelleen keskittää ja lopulta saatin tuote, jonka aktiivisuus painoyksikköä kohden oli enemmän kuin miljoonakertainen uraanin aktiivisuuteen verrattuna, ja jota ei enää voitu lisätä.

23

Täten oli saatu uuden alkuaineen, joka sai nimekseen radium, kemiallisesti puhdasta suolaa. Vastalöydetty aine suhtautui täydellisesti alkuaineen tavoin. Sillä todettiin olevan uusi luonteenomainen spektri, jonka avulla radiumin läsnäolo bariumseoksissaan voidaan todeta yhtä varmasti, joskin vähemmän herkästi kuin radioaktiivista menetelmää käyttäen myöhemmin kykenivät rouva Curie ja A. Debierne (1910) elektrolysoimalla radiumkloridiliuosta valmistamaan radium-metallia, joka osoitti omaavansa koko lähtökohtana olleen suolan radioaktiivisuuden, mikä on täydessä sopusoinnussa sen olettamuksen kanssa, että radioaktiivisuus on atomiominaisuus. Myöskään ei radiumin sijoitus jaksoittaiseen järjestelmään tuottanut mitään vaikeuksia. O. Hönigschmidin mukaan on radiumin atomipaino 225,97, sen kemialliset ominaisuudet ovat monessa suhteessa samankaltaiset kuin bariumin, ja siten soveltuu mitä parhaiten sijoittaa radium järjestelmän toiseen ryhmään viimeiselle vaakasuoralle riville, mikä paikka oli ennen sen keksimistä tyhjä (vrt. taulukkoja 1 ja 9). Uusi alkuaine on siten II ryhmän sen alaryhmän, johon barium kuuluu, korkein homologi. Radioaktiivisia ominaisuuksiaan lukuunottamatta suhtautuu radium siis aivan tavallisen alkuaineen tavoin, ja se olisi luultavasti jo aikaisemminkin löydetty tavallisin kemiallisin keinoin, jollei sitä esiintyisi luonnossa niin suunnattoman pienissä erissä. Suurin radiummäärä, mikä on saatu 1 g:sta jotain uraanimineraalia on alle 3/10000 (3x10⁴) mg.

24

Joachimstalin pikivälke on radiumrikkainta suurissa, teknillisesti käytettävissä määrin esiintyvistä malmeista. Mutta sitäkin tarvittaisiin 7000 kg, jotta saataisiin 1 g radiumia vaikkei mitään menisikään hukkaan. Tämän tavattoman niukan esiintymisensä vuoksi täytyi radiumin keksimisen jäädä radioaktiivisin menetelmin suoritettavaksi. Nämä ovat niin herkkiä, että vaikeudetta voidaan elektroskoopin avulla osoittaa ja todeta vielä 10⁻⁵ mg:n suuruinen radiummäärä.

b) Radiumemanaatio. Tällä uudella, aivan erinomaisella analyyttisella keinolla on ollut mahdollista löytää paljon muita alkuaineita, jotka esiintyvät vielä pienoinmin erin kuin radiuın. Suuntaamme huomiomme ennen kaikkea erääseen erikoisen mielenkiintoiseen alkuaineeseen, nimittäin E. Dornin (1900) löytämään radiumemanaatioon. Radiumemanaatio, jolla on myöskin nimi niton, on voimakkaasti radioaktiivinen kaasu, jota aina tavataan radiumvalmisteitten lähettyvillä ja jota radiumsuolaliuoksista voidaan pumppuamalla erottaa, kuitenkin ainoastaan äärimmäisen vähäisiä määriä. Suurin määrä radiumemanaatiota, joka voidaan saada 1 g:sta radiumalkuainetta (hinta ennen sotaa noin puoli miljoonaa mk) on ainoastaan 5/1000 mg.

25

Yritettäessä määrätä radiumemanaation kemiallisia ominaisuuksia selvisi, että se jalokaasujen tavoin on kemiallisesti täysin tehoton, mikä suuresti helpoitti kemiallisesti puhtaan emanaation erottamista (E Rutherford, W. Ramsay y.m). Saatettiin todeta sen omaavan uuden, Iuonteenomaisen spektrin, sitä voitiin nesteyttää ja sen kiehumapiste normaalipaineessa on 65°. Erikoisen mikrovaa`an avulla voivat W. Gray ja Sir William Ramsay jopa punnitakin tilavuudeltaan määrätyn määrän radiumemanaatiota ja siten he saivat selville myöskin sen tiheyden. Olettaen, että emanaation molekyyli sisältää ainoastaan yhden atomin kuten muutkin jalokaasut, saatin tästä emanaation atomipainoksi noin 223, kun taasen A. Dobierne erään nerokkaan diffusiomenetelmän avulla sai arvon 220. Kaikki nämä emanaation ominaisuudet osoittavat epäämättömästi, että se on uusi kaasumainen alkuaine, jolle luonnollisessa järjestelmässä kuuluu ennen tyhjä paikka viimeisellä vaakasuoralla rivillä jalokaasujen ryhmässä.

2. Alkuaineen muuttumiskyky.

Olemme tarkemmin tehneet selkoa kahdesta radioaktiivisesta alkuaineesta, radiumista ja radiumemanaatiosta, koska ne sopivat erikoisen hyvin esimerkiksi selitettäessä tärkeintä perustotuutta, josta kemia on kiitollisuudenvelassa radioaktiivisuudelle. E. Rutherford ja F. Soddy esittivät v. 1902 sen tavattoman rohkean mielipiteen, että radioaktiivisten ilmiöitten olemus on alkuaineitten muuttuminen.

26

Sen enempää puuttumatta tähän käsityskantaan johtaneeseen mielenkiintoiseen kehitykseen selostainme heti sen kokeen. jonka ensiksi tekivät Ramsay ja Soddy v. 1902 ja joka on kemisteille mitä yllättävimpänä todistuksena tämän ajatuksen oikeutuksesta. Jos pieneen putkeen suljetaan tietty määrä radiumemanaatiota, niin voidaan sen hajaantumista seurata joko mittaamalla siitä lähtevä läpitunkeva säteily, tarkastamalla sen tilavuutta tai spektroskoopin avulla. Nyt osoittavat nämä kaikki kolme menettelytapaa, että emanaation määrä vähitellen ajan kuluessa vähenee ja kuukauden kuluttua on putkessa vain mitätön murto-osa alkuperäisestä määrästä jäljellä. Emanaatio siis häviää. Sen sijaan voidaan spektroskoopin avulla

helposti todeta putkessa muodostuvan toista alkuainetta, nimittäin

heliumia. Alkuaineesta on siis syntynyt toinen.

Alkuaineen häviäminen ja samanaikaisesti tapahtuva toisen alkuaineen syntyminen on jyrkässä ristiriidassa aikaisemmin mainitun alkuaineitten katoamattomuuilen lain kanssa. On sen vuoksi selvää, että on kysymyksessä tosiasia, joka koskettaa alkuaineen olemuksen peruskäsitettä. Voidaksemme täysin tajuta sen merkityksen meidän on lähemmin tarkasteltava tätä alkuaineen muuttumista (11. s. radioaktiivista muuttumista). Sangen tärkeä on kysymys, kuinka kauan tämä muutos kestää.

27

Tämä voidaan helposti ja tarkasti saada tietää useasti elektroskoopin avulla mittaamalla emanaatiosta lähtevän säteilyn voimakkuus, sillä radioalkuaineen lähettämän säteilyn voimakkuus on, kuten monasti on todettu, verrannollinen sen ainepaljouteen.

Kuva 1 Radiumemanaation hajoaminen

Tätä keinoa käyttäen on havaittu, että tietystä

emanaatiopaljoudesta on 3,85:n päivän kuluttua ainoastaan puolet

jäljellä, seuraavien 3,85 päivän kuluttua on vain neljäsosa, sitten kahdeksasosa i. n. e.; jokaisen 3,85:n päivän kuluessa vähenee emanaatiomäärä aina puolella (vrt. kuvaa 1). Kuukauden kuluttua ei ole täyttä puolta prosenttia, 100 päivän kuluttua hiukan enemmän kuin yksi tuhatmiljoonasosa alkuperäisestä määrästä jälellä.

28

Mainittua 3,85:n päivän pituista aikaa sanotaan emanaation puoliajaksi. Kuten yksinkertaisen laskun avulla voidaan osoittaa, ylläselostettu suhtautuminen vastaa lakia, jonka mukaan muuttumisnopeus, s. o. aikayksikössä muuttuvien atomien lukumäärä on kullakin hetkellä suhteellinen läsnäolevien atomien lukumäärään, s. o. aikayksikössä hajaantuva murto-osa on riippumaton atomien absoluuttisesta luvusta. Emanaation muuttumisnopeus ja, minkä tässä heti voimme mainita, myöskin kaikkien muitten yksiperäisten radioalkuaineitten muuttumisnopeus on kemiallisten tapahtumien nopeutta käsittelevästä opista saamiemme tietojen mukaan sama kuin sellaisten reaktioitten nopeus, joissa ainoastaan yksi molekyyli muuttuu, n. s. monomolekyyliset reaktiot. Sen vuoksi herää kysymys, onko välttämätöntä hyväksyä niin kumouksellinen käsitys, että emanaation muuttuessa tapahtuu alkuaineen hajoaminen, ja eikö emanaatio ehkä sittenkin ole heliumin kemiallinen yhdistys, jonka hajaantumisen yhdysosiinsa olemme oppineet tunteınaan. Ottamatta lainkaan huomioon sitä, että, kuten jo mainittiin, emanaatiolla on kaikki alkuaineen yleiset tuntomerkit, sen

muuttuminen eroaa monessa suhteessa periaatteellisesti kemiallisesta

hajaantumisesta. Kemiallisen reaktion nopeuteen voi nimittäin vaikuttaa kaikenlaisten ulkonaisten vaikuttimien avulla, kuten liuotinta vaihtamalla, kontaktiaineita, ns, katalysaattoreita käyttämällä ja ennen kaikkea lämpötilaa muuttamalla.

29

Erään tunnetun säännön mukaan voidaan useimpien kemiallisten reaktioitten nopeus tehdä kaksin tai kolminkertaiseksi kohottamalla lämpötilaa 10°. Aivan toisin on radioaktiivisten prosessien laita: on yritetty vaikuttaa emanaation ja monien muitten radioalkuaineitten muuttumisnopeuteen, mutta ei edes lämpötilan vaihtelu -25C°:sta 1000°:een kyennyt vähintäkään vaikuttamaan radioaktiivisiin muuttumisilmiöihin taikka niitten säteilyn voimakkuuteen. Tehokkainkin käsittely Röntgen tai katodisäteillä, jopa radioaktiivisista aineista lähtevällä säteilylläkin jäi tuloksettomaksi.Vielä tänäkään päivänä ei kyetä millään tavoin vaikuttamaan luonnollisiin 1 (vrt. lukua, XIII) radioaktiivisiin muutoksiin, emme kykene niitä vilkastuttamaan emmekä

hidastuttamaan. Tällä seikalla on niin tavattoman suuri merkitys,

että ehdottomasti täytyy pitää radioaktiivisia muuttumisilmiöitä ja

kemiallisia prosesseja luonteeltaan täysin erilaisina.

Kemiallisten reaktioitten tapahtuessa yhdistysten molekyyleissä radioaktiiviset prosessit tapahtuvat alkuaineitten atomeissa.

30

3. Radioaktiivisten alkuaineitten säteily niitten muuttumisen seuralaisilmiönä.

Tarkastamalla yhteyttä, joka vallitsee radioalkuaineitten säteilyn ja vastamainitun heliuminmuodosturnisen välillä saa hyvän käsityksen radioaktiivisten prosessien luonteesta. Erotetaan kolme eri lajia radioaktiivisten ainoitten säteilyä, nimittäin:

- Αlfa-α,

- Beta-β ja

- Gamma-Ɣ-säteet.

Ainoastaan Ɣ-säteet ovat säteilyä sanan ahtaammassa

merkityksessä, ne ovat nimittäin, samoin kuin Röntgensäteetkin, sähkömagneettista aaltoliikettä; ne täytyy rinnastaa valonsäteitten

kanssa ja eroavat näistä yksinomaan paljoa pienemmän aallonpituutensa puolesta. Ne eivät poikkea sähköisessä tai magneettisessa kentässä suunnastaan ja niitten läpitunkeutumiskyky on niin suurii, että ne kykenevät lävistämään monta senttimetriä paksun lyijylevyn. Sitävastoin ovat αja β-säteet hyvin nopeasti liikkuvia sähköllä

varautuneita osasia ja, kuten niiden suhtautuminen magneettisessa ja sähköisessä kentässä todistaa, β-osasilla on negatiivinen ja α-osasilla

positiivinen varaus. β-säteet ovat yksinkertaisesti negatiivisia elektroneja ja eroavat purkautumisputkissa syntyvistä katodisäteistä ainoastaan niitä suuremman nopeutensa vuoksi; eri radioalkuaineista lähteneitten β-säteitten nopeus vaihtelee 100 000:n ja miltei 300 000:n km välillä sekunnissa.

31

Muutoin ne ovat katodisäteitten tavoin vapaan negatiivisen sähkön atomeja, joitten yksikkövaraus e = 1,59 x 10 ⁻¹⁹ coulombia, mikä on sähkön jaollisuusraja ja mitä sanotaan sähköerkaleeksi. Yksiarvoisella atomilla, esim. vetyatomilla tai klooriatomilla, on ollessaan ionina liuoksessa samansuuruinen varaus, kun sen sijaan suurempivalenssisilla atomeilla, esim. rauta-atomilla, on tämän varauksen kokonaiskerrannainen. Elektronin, siis myös β-osasen, massa on ainoastaan 1/1830:s osa vetyatomin massasta (vrt. sivu 4). β-säteet kykenevät tunkeutumaan korkeintaan muutaman

millimetrin paksuisten kiinteitten aineitten läpi. Sen aluminiumlevyn paksuutta, joka kykenee pienentlimään radioalkuaineen β ja Ɣ säteitten tehon puoleksi alkuperäisestä sanotaan »puolipaksuudeksi», millä nimellä se esiintyy taulukoissa 2, 3 ja 4. Meille erikoisen mielenkiintoinen on α-osasten luonne. Niitten nopeus vaihtelee eri radioalkuaineilla 15 000:n ja 20 000:n km välillä sekunnissa. Radioaktiivisen säteilyn kolmesta sädelajista on niillä pienin

läpitunkeutumiskyky. Määrätyllä nopeudella liikkuvat α-säteet kykenevät tunkeutumaan ainoastaan paksuudeltaan jyrkästi rajoitetun ainekerroksen läpi, minkä paksuus vaihtelee eri aineilla, ja tämän ainekerroksen toisella puolella yhdeusuuntaisen α-sädekimpun kaikki vaikutukset täydellisesti lakkaavat. Tämän ainekerroksen paksuus, jota sanotaan α-säteitten tunkeumaksi, on yleensä sitä pienempi, kuta tiheämpää kyseessäoleva aine on. Määrätyssä aineessa on eri nopeitten α-osasten tunkeuma verrannollinen nopeuden kolmanteen potenssiin (H. Geiger 1910)

32

Kuva 2 α-osasten ratoja ilmassa

Kuva 2 esittää C. T. R. Wilsonin nerokkaan menetelmän avulla näkyväksi tehtyjä eräästä radiumvalmisteesta säteile vien α-osasten ratoja ilmassa. Nykyään tunnettujen α-säteitten tunkeuma on 15°:sessa ja 760 mm:n paineisessa ilmassa 2,5:n ja 8,5:n cm:n välillä, kun sen sijaan 0.06 mm:n paksuinen aluminiumlevy pidättää nopeimmatkin α-säteet täydellisesti. α-osasilla olevan positiivisen varauksen suuruus voidaan määrätä seuraavalla tavalla.

33

Kun α-säteet kohtaavat sinkkisulfidivarjostimen taikka timantin niin ne saattavat nämä aineet hetkiseksi loistamaan. Jos nyt annetaan hyvin heikon säteilyn vaikuttaa ja tarkastellaan loistavaa ainetta sunrennuslasilla (J. Elster, Il Geitel, W. Crookes 1903), niin nähdään sekä aikaan että paikkaan nähden erillisiä valonvälkähdyksiä joita sanotaan tuikahduksiksi (scintillatio). E. Regener, Rutherford ja Geiger (1908) määräsivät nyt niitten tuikahdusten luvun (n), jotka määrätty radioaktiivinen valmiste aikayksikössä synnyttää, sekä myöskin valmisteesta aikayksikössä lähtevien α-säteitten positiivisen kokonaissähkövarauksen (E), E/n on silloin yhtä tuikahdusta (yhtä α-osasta) vastaava varaus ja sen havaittiin olevan täsmälleen = 2 e (vrt. sivua 14). Yhdellä α-osasella on siis kaksi kertaa niin suuri varaus kuin yhdellä vetyionilla, toisin sanoen, sillä on sama varaus kuin kaksiarvoisella metalliatomilla on liuoksessa. Mitä mielenkiintoisinta oli sen tosiseikan toteaminen, etta α-osasen

positiivinen varaus on liittynyt heliumatomiin. Rutherford, joka ensimmäisenä, aluksi välillistä tietä, tuli tähän tulokseen, saattoi (1909) yhdessä T. Roydsin kanssa spektroskooppisesti varmentaa väitteensä todenperäisyyden. Pantiin radiumemanaatiota pieneen lasiputkeen, jossa oli niin ohuet seinämät, että vaikka heliumkaasu ei päässytkään tunkeutumaan niitten läpi, niin ne eivät silti estäneet nopealiikkeisten α-osasten kulkua.

34

Muutamien päivien kuluttua, emanaation osaksi hajottua, voitiin tätä pientä ohutseinäistä lasiputkea ympäröivässä laajemmassa putkessa spektroskooppisesti todeta olevan heliumia, mistä suorastaan voidaan päättää, että emanaatiosta lähteneet α-osaset muuttuvat heliumatomeiksi menetettyään positiivisen varauksensa. Heliumin muodostuminen radioalkuaineitten hajotessa on siis

välittömässä yhteydessä α-säteilyn kanssa, mikä vuorostaan,

samoin kuin myöskin β ja Ɣ-säteily, on alkuaineitten muuttumisen

seuralaisilmiö.

4. Radiumin hidas hajoaminen.

Radiumemanaation olemme oppineet tuntemaan verrattain lyhytiäiseksi alkuaineeksi, joten sitä siis täytyy alituisesti muodostua lisää, ja koska sitä aina tavataan radiumin lähettyviltä, on tätä pidettävä emanaation kanta-aineena. Siis ei myöskään radium voi olla luonteeltaan pysyväistä, vaan on sekin muuttuvaista. Todella voidaankin helposti todeta radiumsuolan, joka esim. keittämällä sitä liuosmuodossa on puhdistettu emanaatiosta, aivan emanaation tavoin erittävän itsestään α-osasta, s. o. synnyttävän heliumia, ja me päädymme siten tulokseen:

radium = emanaatio + helium.

35

Nyt on radiumin atomipaino 226,0 ja heliumin 4,0. Jos siis jokaisesta radiumatomista syntyy yksi atomi sekä heliumia että emanaatiota, pitäisi emanaation atomipainon olla 226,0 4,0= 222,0, ja todella onkin, kuten jo aikaisemmin mainittiin, kokeellisesti, käyttämällä kahta, ainoastaan likimääräisiä arvoja antavaa menettelytapaa, saatu emanaation atomipainon arvoksi 220-223, mikä on tyydyttävässä sopusoinnussa teoreettisen arvon kanssa. Näennäinen ristiriita vallitsee radiumin hajoamista koskevan olettamuksen ja sen tosiseikan välillä, että vuosikausiakaan kestäneenä huomioimisaikana ei voitu havaita mitään vähennystä radiumin ainemäärissä eikä myöskään sen säteilyn tehossa. Tämä johtuu kuitenkin siitä, että radiumin hajoaminen tapahtuu vain varsin hitaasti, s.o. siitä, että radiumin elinikä on hyvin pitkä. Mainittakoon tässä eräs niistä keinoista, joitten avulla radiumin ja muittenkin hitaasti hajoavien radioalkuaineitten puoliaika saadaan selville. Tuikahdusmenetelmää käyttäen voidaan määrätä 1g:sta radiumia aikayksikössä singonneitten α-osasten luku. Jakamalla tämän luvun sillä tunnetulla luvulla, joka ilmoittaa 1g;ssa radiumia olevien atomien lukumäärän, saamme tietää, kuinka suuri murto-osa kulloinkin läsnäolevista atomeista aikayksikössä hajaantuu, minkä nojalla on helppoa laskea radiumin puoliaika. Tämän, sekä muitten menettelytapojen avulla on radiumin puoliajaksi saatu noin 1600 vuotta.

36

Ottaen huomioon tämän korkean arvon ymmärrämme myöskin, minkä vuoksi radiumin lämmönkehitys on näennäisesti vakinainen, minkä tosiasian aikoinaan, kuten alussa mainittiin, luultiin olevan ristiriidassa energian pysyväisyyden lain kanssa. Tämä lämmönkehitys on nimittäin radioaktiivisen hajoamisen

seuralaisilmiö, se on niin sanoaksemme sen reaktiolämpö ja se on sangen tarkoin yhtä suuri kuin radiumsäteitten liike-energia. Se siis

todellakin vähenee saman verran kuin itse radiuminkin massa, siis liian hitaasti, jotta vähennys lyhyessä ajassa olisi huomattavissa. Mutta koska radiumin hajoamisnopeus tiedetään, niin voidaan jokatuntisesta lämmönkehityksestä helposti laskea, paljoko lämpöä vapautuu yhden gramma-atomin (226 g) radiumia hajotessa käytännön kannalta täydellisesti emanaatioksi, mikä tapahtuma kestää useita tuhansia vuosia. Laskun tulos on tavattoman mielenkiintoinen, nimittäin yli 10¹¹ (satatuhatta miljoonaa) grammakaloriaa, kun sen sijaan erään, tuntemistamme kemiallisista reaktioista tarmokkaimman, vedyn palamisen vedeksi, ohella tapahtuva lämmönkehitys on ainoastaan 68 000 kaloriaa grammamolekyyliä (18 g vettä) kohti, ei siis edes miljoonatta osaa edellisestä arvosta. Paitsi sitä, että radioaktiivisiin tapahtumiin ei millään tavoin voi vaikuttaa, suunnaton lämmönkehitys

on olennainen eroavaisuus, joka erottaa ne kemiallisista reaktioista.

37

37

5. Muuttumisnopeus radioalkuaineen tunnuksena; radiumemanaation aktiivinen kerrostuma.

Radioaktiivisiin tapahtumiin ei voi vaikuttaa:

Se seikka, että radioaktiivisuus on atomiominaisuus ja että

radioaktiivisiin tapahtumiin ei voi millään ulkonaisella tekijällä

vaikuttaa, on syynä siihen, että radioalkuaineen muuttumisnopeus on sille aivan tunnusmerkillinen ominaisuus. Nyt ovat Rutherford ja Soddy liittäneet teoriaansa sen postulaatin, että yksiperäisen radioalkuaineen muuttuminen noudattaa aikaan nähden yksinkertaista n. s. logaritmista lakia, jonka jo aikaisemmin, radiumemanaatiosta puhuessamme mainitsimme. Sen mukaan hajoaa määrätystä alkuaineesta aikayksikössä aina sama murto-osa läsnäolevien atomien luvusta ja jokaisella radioalkuaineella on määrätty, tunnusmerkillinen puoliaikansa, joka on ainemäärästä riippumaton. Tästä postulaatista aiheutuivat seuraavat johtopäätökset. Joka kerran, kun havaittiin radioaktiivinen säteilyilmiö, jolla oli aikaisemmin tuntematon puoliaika täytyi päätellä, että sen aiheutti uusi ennen tuntematon radioalkuaine. Jos sensijaan havaittiin monimutkainen aikasääntö, niin se oli todisteena useampien kuin yhden alkuaineen olemassaolosta. Nämä johtosäännöt osoittautuivat tavattoman hedelmällisiksi ja niitten nojalla löydettiin suuri joukko uusia alkuaineita. Esimerkin vuoksi seurattakoon vain radiumemanaation myöhäisempiä vaiheita.

38

Helium ei nimittäin ole ainoa tulos sen muuttumisesta. Lisäksi tavataan emanaatioputken seinämillä, samoin kuin jokaisella emanaatiokehään joutuneella esineellä. esim. platinalangalla, näkymätön kiinteä radioaktiivinen jäte, n.s. aktiivinen kerrostuma, jonka aktiivisuus vähenee verrattain monimutkaisen aikasäännön mukaan. Tarkka analyysi toi ilmi, että tässä kerrostumassa täytyi olettaa olevan ainakin kolmea radioalkuainetta. Välittömästi emanaatiosta muodostuu radium A (Ra A), jonka puoliaika on 3 minuuttia ja joka edelleen muuttuu, α-säteitä säteillen, radium B:ksi (RaB), mikä puolestaan säteilee β ja Ɣ-säteitä. Radium B:n puoliaika on 26,8 minuuttia ja muuttuessaan se synnyttää Radium C:tä (Ra C),jonka puoliaika on 19,5 minuuttia ja joka säteilee α, β ja Ɣ-säteitä. On ymmärrettävissä, että kemisteistä tuntui aluksi hiukan oudolta, kun Rutherford täten näkymättömän silauksen radioaktiivisten ominaisuuksien nojalla päätteli kolmen uuden alkuaineen olemassaolon. Ja kuitenkin oli toisinkin keinoin mahdollista osoittaa, että todellakin oli kysymyksessä useista yhdysosista kokoonpantu aineellinen silaus. Aktiivisen kerrostuman voi emanaatiokehästä otetun platinalangan pinnalta liuottaa johonkin happoon aivain kuten tavallisen metallin. Jos tällaiseen liuokseen pistetään nikkelipelti puolen tunnin kuluttua, minä aikana lyhytikäinen radium A on ehtinyt jotenkin täydellisesti hajota, niin havaitaan nikkelin pinnalla aktiivisuutta, joka aiheutuu α, β ja Ɣ-säteistä ja joka hajoaa yksinkertaisen logaritmisen aikasäännön mukaan, sen vakinaisen puoliajan ollessa 19,5 minuuttia.

39

On siis valmistettu puhdasta Ra C:tä. Lisättäessä tällaiseen aktiivisen kerrostuman liuokseen lyijysuolaa ja saostettaessa sitte lyijy sulfaattina RaC jää liuokseen, kun sen sijaan sakassa on pääasiallisesti Ra B:tä, josta vähitellen jälleen muodostuu Ra C:tä. Myöskin kuumentamalla kiinteätä silausta tai elektrolysoimalla sen liuosta voidaan nämä kolme ainetta erottaa toisistaan; niillä ei siis ole yksinomaan erilaisia radioaktiivisia ominaisuuksia, vaan ne eroavat toisistaan myöskin kemiallisessa ja fysiikallisessa suhteessa, mikä onkin luonnollista, kun kerran eri alkuaineet ovat kysymyksessä. Olemme siis oppineet tuntemaan kokonaisen sarjan radioalkuaineita, jotka syntyvät toinen toisestaan; Ra --> Ra Em --> Ra A --> Ra B --> Ra C.

Käyttäen tässä selostetun tapaisia menettelytapoja on löydetty lukuisia muita radioalkuaineita ja tutkittu niitten muodostumista toinen toisestaan, ja tänä hetkenä tunnetaan kokonaista 39 radioalkuainetta. Kaliumia ja rubidiumia lukuunottamatta, jotka myöskin ovat osoittautuneet radioaktiivisiksi, ne kaikki voidaan järjestää kolmeen muuttumisryhmään. Ne ovat:

- uraani-radiumryhmä,

- aktiniumryhmä ja

- toriumryhmä.

40

6. Kolme radioaktiivista ryhmää

Uraani-radiumryhmän ensimmäinen jäsen on tunnettu alkuaine uraani, joka on uraanipikivälkkeen pääaineosa, ja sitä seuraa erinäisten muunnosten jälkeen, jotka vielä otamme käsiteltäviksi, ionium-nimisen alkuaineen välityksellä radium. B. Boltwoodin y. m. (1907) löytämää ioniumia voidaan uraanimineraaleista erottaa yhdessä toriumin kanssa. Se on radiumin välitön kanta-aine ja ioniumvalmistetta tarkastettaessa voidaan helposti todeta siitä vähitellen muodostuvan radiumia. Myöskin voitiin osoittaa (Soddy 1915), että uraanista, joskaan ei välittömästi, muodostuu radiumia. Koska radium on syntyisin uraanista, on helposti ymmärrettävissä, minkä vuoksi radiumia aina tavataan uraanimineraalien yhteydessä. Sillä vaikka radiumin, siitä yksinään puhuttaessa, muuttumisensa vuoksi 1600-vuotisen puoliajan mukaan pitäisi käytännöllisesti katsoen täydellisesti hävitä, niin muodostuu sitä jo miljoonia vuosia maankuoressa olleissa kivennäisissä uraanista alituisesti lisää. Tällöin vallitsee tasapainotila, niin että aikayksikössä yhtä paljon radiumia hajoaa kuin syntyykin. On helppo yksinkertaisen laskun avulla todeta, että tämän n. s. radioaktiivisen tasapainotilan vallitessa uraanin ja radiumin olemassaolevien atomien lukumäärät suhtautuvat toisiinsa samoin kuin niitten puoliajat. (Huom. Vrt taulukkoja 2,3,4,5. Niissä on käytetty v. 1918 St. Meyerin

ja E. Schweidlerin ehdotuksesta hyväksyttyä radioalkuaineitten

nimistöä.)

41

Mitä paraassa sopusoinnussa tämän edellytyksen kanssa on se tosiseikka, että kaikkein erilaisimmissakin kivennäisissä tällä suhteella aina on sama arvo, nimittäin U : Ra:2,85 X 10⁶ mistä uraanin puoliajan arvoksi saadaan 1600 X 2,85 X 10⁶ = 5 X 10⁹ vuotta. Sama uraanin puoliajan arvo saadaan määräämällä 1g:sta uraania aikayksikössä sinkoutuneitten α-osasten luku, mikä menetelmä mainittiin jo radiumin yhteydessä. Radiumia seuraavat muuttumistulokset uraaniradiumsarjassa olemme jo aikaisemmin oppineet tuntemaan aina radium C:hen saakka. Parin seuraavan muuttumisilmiön jälkeen tullaan sarjassa radium F:ään, jota sanotaan myöskin Poloniumiksi, joka aikoinaan aivan erikoisella tavalla kiinnitti huomion puoleensa, koska se oli ensimmäinen rouva Curien pikivälkkeestä löytämä radioalkuaine. Radium F:n eli Poloniumin puoliaika on 136 päivää.

Useimpien radiumin jälkeläisten lyhytikäisyys on syynä siihen, että näitä alkuaineita voidaan saada ainoastaan mitättömän pieniä eriä kerrallaan. Sillä siitä, mitä äsken sanottiin kivennäisissä vallitsevasta ainesuhteesta Ra : U, seuraa, että 1g:sta radiumia, tasapainon vallitessa sen ja emanaation ynnä lyhytikäisen aktiivisen kerrostunıan välillä, voidaan saada ainoastaan noin 3/100 000 mg Ra B:tä. Eipä siis ihme, että tämä alkuaine esiintyy vain näkymättömänä silauksena. Mutta radioaktiivisten ominaisuuksiensa vuoksi voidaan vielä 10¹⁶ g radium B:tä todeta.

42

42-43

Taulukko 1 Uraani-Raadiumsarja

Taulukko 2. Uraani-Raadiumsarja

43

(Taulukko 2 kts yllä)

44

44-45

Taulukko 3. Aktiniumsarja ja Taulukko 4. Toriumsarja 46

45

(Taulukko 3 ja 4 kts yllä)

46

Taulukko 5. Kolme radioaktiivista sarjaa

47

Polonium ei muututtuaan jätä enää jälkeensä mitään

radioaktiivisesti todettavissa olevaa jätettä, joten täytyy olettaa, että radium F:n muuttumistulos radium G on hyvin pysyvä alkuaine. Sitä sanotaan sen vuoksi uraani-radiumsarjan lopputulokseksi. Me tulemme vielä yksityis-kohtaisesti käsittelemään tätä ainetta. (Poloniumin erikoisominaisuudet erikoiskäytössä.: Muitten

ympäristömyrkkyjensä ja tappavien säteilyjen mukana syntyy

jokaisessa ydinvoimalaitoksessa pieniä määriä Poloniumia

'tarpeeseen'. Ensimmäinen tietovuoto 'tarpeista' v. 2006: Litvinenkolle

juotettiin salaa teessä poloniumia; elinaika 2vko: Suom.Huom) Toriumsarjan muuttumisilmiöt johtavat aluksi toriumista kaasuhehkusukkien pääaineosasta lääketieteen hyvin tuntemiin alkuaineisiin mesotoriumiin, radiotoriumiin ja torium X:ään, joka puolestaan synnyttää aivan radiumemanaation tapaisen, mutta sitä vielä paljon lyhytikäisemmän emanaation. Sitten seuraa edelleen sarja muuttumisilmiöitä, jotka ovat radiumsarjassa tapahtuvien muuttumisilmiöitten kaltaisia, minkä jälkeen toriumsarja katkeaa. Palaamme vielä käsittelemään niitä pysyviä tuotteita, joita sen vaikutuksesta muodostuu. Aktiniumia, jonka mukaan kolmas tuntemistamme radioaktiivisista sarjoista on saanut nimensä, ei vielä nytkään voida valmistaa kemiallisesti puhtaassa muodossa, koska sitä verraten lyhyen, suunnilleen 20 vuotisen elinikänsä vuoksi tavataan ainoastaan mitättömän pienissä erissä. A. Debierne ja varsinkin F. Giesel (18991900) erottivat sitä pikivälkkeestä yhdessä harvinaisten maametallien (lantaanin) kanssa. Vielä nytkin se voidaan karakterisoida yksinomaan radioaktiivisten ominaisuuksiensa perustalla.

48

Aktiniumsarjassa tapahtuvat muuttumisilmiöt yhdenmukaisesti toisissa sarjoissa esiintyvien muuttumisilmiöitten kanssa. Kaikki nämä monet muuttumisilmiöt voidaan ryhmittää kahteen

ryhmään (taulukko 5);

1. α-sädemuuttumiseksi

2. β-sädemuuttuminen

1. Toisen muuttumistavan olemme jo oppineet tuntemaan: se perustuu siihen, että atomi jakautuu sarjassa lähinnä seuraavaksi atomiksi

ynnä heliumatomiksi, joka α-osasena linkoutuu pois.Tällaista muuttumistapaa sanotaan α-sädemuuttumiseksi tai α-muuttumiseksi ja niitä alkuaineita, jotka tällä tavalla muuttuvat, α-säteilijöiksi. 2. Toinen muuttumistapa on n. s. β-sädemuuttuminen eli β-

muuttuminen: tällainen muuttuminen aiheutuu β-säteitten, s. o.

negatiivisten elektronien poistumisesta.

Taulukossa 5 ilmaisevat kunkin alkuaineen muuttumista osoittavien nuolien yläpuolella olevat kirjaimet α ja β, minkälainen kulloinkin tapahtuva muuttumisilmiö on (1.

Aktiniumin ja mesotorium 1:n muuttuessa ei voitu havaita niitten lähettävän minkäänlaisia säteitä. On kuitenkin mahdollista (vrt. siv. 129), että ne säteilevät tavattoman pehmeitä (heikosti läpitunkevia) säteitä, joitten toteaminen on vaikeata. Kuten viidennestä taulukosta voidaan huomata, näyttää siltä, kuin kolme alkuainetta, nimittäin radium, radiotorium ja radioaktinium, lähettäisivät kummankinlaisia säteitä. On kuitenkin mahdollista, että näitten alkuaineitten muuttumisilmiöt ovat luonteeltaan monimutkaisempia kuin ne, joista tähän mennessä on ollut puhe. (1. Useimmista β-säteilijöistä lähtee β-säteitä lukuunottamatta

myöskin Ɣ-säteitä kuten taulukoista 2,3,4,5 ilmenee.

49

Tiedämme nimittäin eräitä tapauksia, jolloin sama alkuaine on kahden erilaisen muuttumisilmiön alainen. Tällaisia ovat varsinkin radium C, aktinium C ja torium C. Osa näitten alkuaineitten atomeista muuttuu α-sädemuuttumisen mukaisesti, jolloin syntyvät β-säteilijät radium C", aktinium C” ja torium C”; muut atomit muuttuvat β-sädemuuttumisen mukaisesti, mistä on seurauksena α-säteilijöitten Ra C':n, Ac C':n ja Th C':n muodostuminen. Radioaktiivisissa sarjoissa ilmenee siis näitten alkuaineitten kohdalla haarautuminen. Sangen mielenkiintoisia ovat tällaisen haarautumisen tapahtuessa esiintyvät paljoussuhteet. Torium C:n atomeista muuttuu 35% α-muuttumisen ja 65% β-muuttumisen tietä. Melkein kaikki radium C:n atomit muuttuvat luovuttamalla itsestään β-säteitä, ainoastaan 3 atomia 10 000:sta muuttuu α-säteitä luovuttaen. Sen sijaan useimmat aktinium C:n atomeista muuttuvat α-muuttumisen ja ainoastaan 0,15% β-muuttumisen kautta. G. Antonoffin löytämä alkuaine uraani Y on myöskin uraaniryhmän alussa oleva haarautumatuote. Vielä ei kuitenkaan ole aivan varmaa (vrt. siv. 74), muodostuuko se uraani I:stä vaiko uraani II:sta. Mainittakoon jo tässä yhteydessä, että aktiniumryhmä myöskin on uraaniryhmästä haarautumalla syntynyt, mistä edempänä vielä tehdään tarkemmin selkoa.

50

Ennenkuin lopetamme radioalkuaineitten radioaktiivisten ominaisuuksien kuvailun on paikallaan huomauttaa vielä siitä, kuinka tavattoman laajojen rajojen sisällä niitten puoliaika vaihtelee.

Kuva 3 α-säteilijöitten puoliajan ja niitten α-säteiden tunkeuman suhde.

Kuva 3.; (1. Sekunneissa lausuttuna Toriumilla puoliaika on 10¹⁰ vuotta ja torium C”:lla 10 ⁻¹¹ sek. Jo radiumin ja uraanin yhteydessä tehtiin selkoa siitä, millä tavalla määrätään hyvin pitkäikäisten alkuaineitten puoliajat, yhtä mielenkiintoista on nähdä, kuinka voidaan todeta tavattoman lyhyen eliniän pituus.

51

Välittömien kokeellisten menettelytapojen avulla on onnistuttu mittaamaan niinkin pieni puoliaika kuin 0,002 sek. Vielä pienempiäkin puoliaikoja voidaan määrätä käyttämällä H. Geigerin (1911) keksimää suhdetta, joka vallitsee alkuaineen puoliajan ja sen säteilemien α-säteitten tunkeuman välillä. Kuten taulukoista 2-4 jo voi kvalitatiivisesti nähdä, lisääntyy jokaisessa radioaktiivisessa sarjassa tunkeuma elinajan lyhetessä. Jos graafillisesti esitetään puoliaikojen logaritmit kohtisuorasti tunkeumain logaritmeja vastaan, kuten kuvassa 3, joka kuvaa uraani-radiumsarjaa, on tehty, niin joutuvat kaikki sarjan jäseniä esittävät ristit samalle suoralle viivalle. Sen perusteella voidaan olettaa, jotta suhde olisi pätevä, että uraani II:n, jonka α-säteitten tunkeuma on 2,90 cm, puoliaika on 2 X 10⁶ vuotta, mitä ei toistaiseksi ole voitu muilla keinoin määrätä. Nyt on alkuaineitten Ra C':n, Th C':n ja Ac C':n α-säteitten tunkeuma niin suuri. että Geigerin suhde on ainoastaan sikäli oikea, mikäli oletetaan näitten säteitten lähteneen alkuaineista, joilla on tavattoman lyhyet puoliajat: suunnilleen 10⁻⁶ , 0,005 ja 10⁻¹¹ sek. Luonnollisestikaan ei näin lyhytikäisten alkuaineitten valmistaminen ole mahdollista.

52

III LUKU.

Radioalkuaineitten kemia. Olemme nähneet, että radioaktiivisten menettelytapojen avulla on onnistuttu löytämään suunnilleen 35 uutta alkuainetta. Jo aikaisin on koetettu vastata kysymykseen, millä tavalla nämä lukuisat radioalkuaineet suhtautuvat muihin tavallisiin alkuaineisiin ja varsinkin jaksottaiseen järjestelmään, joka yhä esitti sen vaatimuksen, että kaikkien tunnettujen alkuaineitten tulee kuulua sen piiriin ja että siinä täytyy jokaiselle uudelle alkuaineelle olla paikka varattuna. Jotta kävisi selväksi, minkävuoksi aluksi oli tavattoman vaikeata vastata tähän kysymykseen, otamme ensimmäiseksi käsiteltäviksi radioalkuaineitten atomipainot, sillä tämän ominaisuuden perusteellahan alkuaineet tavallisesti sijoitetaan järjestelmään.

l. Radioalkuaineitten atomipainot.

Lyhytikäisyytensä vuoksi voidaan useimpia radioalkuaineita käsitellä niin pienissä erissä kerrallaan, ettei voi ajatellakaan niitten atomipainojen välitöntä määräämistä ainakaan tavallisten menetelmien avulla.

53

Radioalkuaineitten välillä vallitseva geneettinen suhde tarjoaa meille kuitenkin keinon, jota käyttäen niitten atomipainot voidaan määrätä. α-sädemuuttumisessahan erottuu yksi heliumatomi, joten on syytä otaksua, että muuttumistuloksen atomipaino on heliumin atomipainon (4,00) verran muuttuvan alkuaineen atomipainoa pienempi. Toiseltapuolen poistuu β-sädemuuttumisessa yksi ainoa elektroni, jonka massa on1/1830 vetyatomin massasta. Mutta näinkään pientä atomipainon muutosta ei β-muuttumisessa tapahdu. Sillä negatiivisesti varautuneen β-osasen singottua pois jää positiivisesti varautunut vaillinainen atomi jälelle, joka ulkoapäin kiinnittää itseensä uudelleen negatiivisen elektronin neutralisoituakseen. β-muuttumisen jälkeen on siis muuttumistuotteen atomipaino sama kuin kanta-aineenkin atomipaino. Lisäksi on otettava huomioon massan muuttuminen, joka suhteellisuusteorian mukaan on odotettavissa atomien energiamääriin muuttumisen seurauksena radioaktiivisissa muuttumisilmiöissä. R. Swinne on kuitenkin laskenut tämän muutoksen olevan siksi pienen, että meidän on otettava se huomioon ainoastaan tarkasti verrattaessa radioaktiivisessa sarjassa toisistaan etäällä olevien jäsenten atomipainoja.

54

Ylläselostetulla tavalla voidaan nyt laskea kaikkien uraani-radiumsarjan ja toriumsarjan radioalkuaineitten atomipainot, koska sekä uraanin (238,2) että toriumin (232,12) atomipainot tunnetaan (1. ja myöskin kaikki näissä kahdessa sarjassa esiintyvät muuttumisilmiöt ovat tarkoin tulkitut. Että tämän menetelmän avulla saadaan koko suurella tarkkuudella oikeita tuloksia, siitä on todisteena se, että siten on radiumin atomipainoksi tullut 238,2-12,0 = 226,2, mikä arvo on jotenkin yhtä suuri kuin O. Hönigschmidin suurella tarkkuudella määräämä radiumin atomipainon arvo (225,97). Ei kyetä kuitenkaan tyydyttävästi selittämään, mikä on syynä siihen pieneen erotukseen, joka on näitten arvojen välillä. Aktiniumin atomipainoa ei vielä varmasti tiedetä. Erinäisten seikkojen nojalla, joihin seuraavassa vielä palaamme, voidaan kuitenkin päätellä sen olevan 226;n paikeilla, joten myöskin kaikkien aktiniumsarjan jäsenten atornipainot voidaan likimäärin laskea. Tällä tavoin on tultu huomaamaan (vrt. taulukkoja 2-4), että kaikkien näitten alkuaineitten, joita on nelisenkymmentä, atomipainot ovat 238:n ja 206:n välillä. Silmäys luonnollisen järjestelmän taulukkoon näyttää, että tällä atomipainovälillä on järjestelmässä siksi harvoja paikkoja tarjona, ettei ole mahdollista saada jokaista uutta alkuainetta varten omaa paikkaansa. Pulmaa ei saatu sitenkään ratkaistuksi, että ne alkuaineet, jotka johtuvat toinen toisestaan β-muuttumisien välityksellä ja joilla on siis sama atomipaino, sijoitettiin samaan paikkaan. (1. Nämä arvot ovat otetut O. Höningschmidin määräyksistä.

55

55 Tässä onnistuttiin vasta sitten, kun tarkasteluissa asetettiin radioalkuaineitten kemiallinen suhtautuminen ensisijalle.

2. Radioalkuaineitten kemialliset ominaisuudet.

Ei ole ihmeteltävää, että vasta verrattain myöhään onnistuttiin pääsemään täysin selville radioalkuaineitten kemiallisista ominaisuuksista. Useimpia näitä aineitahan ei voida lyhyen elinikänsä vuoksi saada valmistetuksi punnitsemiskelpoisissa erissä kemiallisesti puhtaana, joten tutkittaessa niitten kemiallisia ominaisuuksia on rajoituttava tutkimaan niitten suhtautumista reaktioissa, joihin, paitsi niitä, ottaa osaa suuri määrä vieraita alkuaineita. Tutkittaessa näin havaittuja tosiasioita on vaikeasti ratkaistavissa, onko luvallista tehdä johtopäätöksiä siitä, minkälaisia kemiallisia ominaisuuksia nämä radioalkuaineet omaisivat punnitsemiskelpoisissa määrissä esiintyessään, sen nojalla, mitä on voitu havaita niitten suhtautumisesta mitättömän pienillä erillä kokeiltaessa. Tätä koskevat epäilykset hävisivät vasta sen jälkeen, kun H. Mc. Coyn ja W. Rossin v. 1907 radiotoriumissa ja toriumissa havaitsema periaatteellisesti uusi ilmiö asetettiin täyteen arvoonsa. He olivat nimittäin huomanneet olevan mahdotonta erottaa monia radioalkuaineita toisistaan taikka tavallisista alkuaineista kemiallisia keinoja käyttäen.

56

Voidakseen ymmärtää tämän ilmiön merkityksen on palautettava mieleen, että aikaisemmin uusia alkuaineita määrättäessä tavallinen menettelytapa oli erottaa ne jo alussa mainittujen kemiallisten tai fysiikallis-kemiallisten menetelmien avulla muista niihin liittyneistä alkuaineista. Kuten tunnettua, on spektroskooppi ollut erinomainen apuneuvo uusia alkuaineita keksittäessä. Joka kerran kun havaittiin uusi viivaspektri onnistuttin myöskin edellämainittujen menetelmien avulla saamaan esille sen aiheuttaja uutena alkuaineena. Nyt tuli vielä uusi apuneuvo lisäksi radioaktiivisuus, ja mehän selostimme jo tarkasti sen avulla löydettyjä ja kemiallisesti puhtaina valmistettuja alkuaineita radiumia ja radiumemanaatiota. Samoin selitettiin pikivälkkeessä erotetun wismutin ja lantaanin aktiivisuuden aiheutuvan niiden sisältämistä uusista alkuaineista poloniumista ja aktiniumista, ja joskaan ei vielä ole onnistuttu valmistamaan näitä alkuaineita kemiallisesti puhtaassa tilassa, mikä johtuu niitten niukasta esiintymisestä, voitiin näyttää, että on mahdollista erottaa ne kaikista tunnetuista kemiallisista alkuaineista. Vielä todettiin, että poloniumille (W. Marekwaldin mukaan 1902) kuuluu tellurin ja aktiniumille lantaanin korkeamman homologin paikka, jotka molemmat olivat sitä ennen täyttämättä (vrt. taulua 9). Näissä tapauksissa kuuluvat siis uudet radioaktiiviset ominaisuudet myöskin kemiallisessa suhteessa uusille yksilöille.

57

Sittemmin kuitenkin huomattiin, että niin ei ole kaikkien radioalkuaineitten laita, siten on esim. uraanikivennäisistä erotettu lyijy aina aktiivista, minkä on tarkkojen radioaktiivisten tutkimusten avulla havaittu aiheutuvan sen sisältämästä radium D:stä (ynnä tämän muuttumistuotteista radium E:stä ja radium F:stä), jonka puoliaika on 16 vuotta. Koetettiin saada Ra D erotetuksi lyijystä, mutta kaikki tähän tähtäävät ponnistukset epäonnistuivat: ei ole olemassa mitään reaktiota, jonka avulla Ra D voitaisiin erottaa lyijystä ja kaikkein laajimmallekin ulottuvat kokeet, joita varsinkin F. Paneth ja G. v. Hevesy (1913) suorittivat, jaoittelevasti saostamalla, hapettamalla, kiteyttämällä tai haihduttamalla, rikastuttaa Ra D:tä lyijyseoksessaan johtivat täysin kielteisiin tuloksiin. Kaikkien näitten toimenpiteitten aikana pysyi ainesuhde Ra D/Pb määrältään muuttumattomana; ei edes tuhannenkaan uudelleenkiteyttämisen jälkeen (Th. W. Richards ja N. F. Hall 1917) Ra D:n aktiivisuus yhtä lyijyn painoyksikköä kohti ollut yhtään muuttunut. Näitä kahta alkuainetta ei siis voida kemiallisin keinoin saada erilleen, ja silti on radium D luonnollisesti eri alkuaine kuin lyijy; sitä voidaan saada lyijyttömänä radiumemanaatiosta tämän hajotessa ja me voimme aina helposti todeta sen läsnäolon ja erottaa sen lyijystä radioaktiivisten ominaisuuksiensa nojalla. Samoin on uraanipikivälkkeestä valmistetun toriumin laita. Se on suunnilleen 100000 kertaa aktiivisempaa kuin tavallinen torium; tämän aktiivisuuden aiheuttaa ionium, radiumin kanta-aine, josta jo on ollut puhe. Tällöinkään ei onnistuttu lisäämään ionium-toriumseoksen ioniumpitoisuutta.

58

0. Hahnin keksimä, teknillisessä suhteessa tärkeä mesotorium I ja radium ovat myöskin tällaisia alkuaineita, jotka tosin radioaktiivisten ominaisuuksien perusteella helposti voidaan erottaa toisistaan, mutta joita kemiallisin menetelmin näyttää olevan mahdotonta saada erilleen toisistaan, minkä W. Marckwald ja varsinkin F. Soddy (1911) ovat todenneet. Tällaiset alkuaineet osoittavat niin suurta kemiallista samankaltaisuutta, että ennen radioaktiivisuuden keksimistä ei sellaista tunnettu. Jos onnistuttaisiin eristämään radium D:tä, ioniumia tai

mesotoriumia riittävän suuria eriä, niin pitäisi kemisti

kvalitatiivisen analysin perusteella niitä lyijynä (1. toriumina tai

radiumina. Ainoastaan radioaktiivisten menetelmien avulla on

lainkaan ollut mahdollista todeta näitten alkuaineitten olevan

uusia yksilöitä. Tämä ilmiö uudistuu useimmissa radioalkuaineissa ja siitä saavat selityksensä ne vaikeudet, jotka aluksi tekivät mahdottomaksi radioalkuaineitten sijoittamisen luonnolliseen järjestelmään. (1.

G. v. Hevesy ja F. Paneth ovatkin todella voineet näyttää että heidän

radiumemenaation hajoamistuloksista elektrolyyttisesti valmistamansa,

juuri näkyvä Ra D:n superoksidisilaus suhtautuu sähkökemiallisesti

täysin lyijysuperoksidin tavoin.

59

Sillä luonnollisessa järjestelmässä on ilmeisesti ainoastaan niin monta paikkaa kuin on olemassa alkuaineita, jotka kemiallisten taikka fysiikalliskemiallisten menettelytapojen avulla voidaan erottaa kaikista muista alkuaineista. Meidän on sen vuoksi sijoitettava kaikki kemiallisesti toisistaan erottamattomat alkuaineet samaan paikkaan järjestelmässä. Tutkimalla kaikkia niitä radioalkuaineita, joitten ikä ei ollut niin lyhyt, että kaikki tutkimus on mahdotonta, havaittiin ne voitavan jakaa kahteen ryhmään. Toiseen ryhmään kuuluvat, paitsi jo kauan tuntemiamme alkuaineita uraania ja toriumia, myöskin radioaktiivisten menettelytapojen avulla löydetyt polonium, radiumemanaatio, radium, aktinium ja protaktinium (vrt. Siv. 70), joitten omalaatuiset kemialliset ominaisuudet ovat todisteena siitä, että niille kuuluu kullekin oma paikkansa luonnollisessa järjestelmässä. Toiseen ryhmään kuuluvat muut radioalkuaineet, jota ei voida tavallisten menettelytapojen avulla erottaa joko edelliseen ryhmään kuuluvista radioalkuaineista taikka wismutista, lyiiystä ja talliumista, s. o. jotka kvalitatiiviskemiallisessa suhteessa ovat täydellisesti näitten alkuaineitten kaltaisia.

3. Radioalkuaineitten asema luonnollisessa järjestelmässä.

Edellä esitetystä siis seuraa, että huolimatta radioaktiivisuuden avulla löydettyjen uusien alkuaineitten suuresta luvusta, ei kvalitatiiviskemiallisesti toisistaan eroavien alkuainetyyppien luku ole jaksottaisen järjestelmän sallimaa määrää suurempi.

60

60-61

TAULUKKO 6. Radioalkuaineet jaksottaisessa järjestelmässä.

61

(Taulukko 6, kts yllä)

62

Sijoittamalla kemiallisesti toisistaan erottamattomat alkuaineet samaan paikkaan järjestelmässä saadaan taulukon 6 esittämä ryhmitys. Siinä ovat alkuaineet järjestetyt pienenevien atomipainojen (1. mukaan alhaalta ylöspäin ja koko taulukko vastaa vain järjestelmän kahta viimeistä vaakasuoraa riviä. Useimpien alkuaineitten kuuluminen vastaaviin ryhmiin on kokeellisesti varmennettu. Hyvin lyhytikäisten alkuaineitten paikka määrättiin erään myöhemmin selostettavan (siv. 75) säännönmukaisuuden nojalla.

Plejadi -ryhmä

Kuten taulukosta näkyy, on esim. siinä kohden, missä tavallisessa järjestelmässä on lyijyn paikka (ryhmä IV b). kokonaista seitsemän alkuainetta (2. ja järjestelmän melkein jokaisella sijalla uraanista talliumiin saakka on useita yksilöjä käsittävä alkuaineryhmä. Tekijän ehdotuksen mukaan on tällainen ryhmä saanut nimen plejadi; plejadin jäseniä sanotaan F. Soddyn ehdotuksesta isotooppisiksi alkuaineiksi eli isotoopeiksi. Plejadiin kuuluu siis joukko kemialliselta tyypiltään

samanlaisia alkuaineita. Viimeksi esittämissämme tarkasteluissa olemme ottaneet huomioon ainoastaan radioalkuaineitten kemialliset ominaisuudet. (1. Yksinkertaisuuden vuoksi ovat atomipainot pyöristetyt

kokonaisluvuiksi. (2. Jollei lasketa mukaan aktinium D:tä (aktiniumlyijy, vrt sivut 52-54),

jota ei tarkemmin tunneta.

63

Vallitsevan käsityskannan mukaan ei luonnollisen järjestelmän kutakin sijaa vastaa yksinomaan määrätty kemiallinen tyyppi, vaan myöskin määrätty atomipaino ja luonnollisen järjestelmän perustanahan oli se käsitys, että atomipaino yksin määrää alkuaineen kemialliset ominaisuudet. Tässä suhteessa opettaa kuudes taulukkomme jotain aivan uutta. Siitä ilmenee ensiksikin, että samaan plejadiin kuuluvilla alkuaineilla, joilla siis on aivan samat kemialliset ominaisuudet, atomipainot saattavat erota toisistaan jopa kahdeksankin yksikköä, ja edelleen, että sama-atomipainoisilla alkuaineilla, kuten esim. Ra D:llä, Ra E:llä ja Ra F.llä, voi olla aivan eri kemiallinen luonne. Luonnollisen järjestelmän poikkeuksena pidetty tosiasia, jota on usein pohdittu, että nimittäin halogenina korkeampaan (seitsemänteen) ryhmään kuuluvan jodin atomipaino on pienempi kuin alempaan (kuudenteen) ryhmään kuuluvan tellurin, on ilmiö, joka usein uudistuu luonnollisen järjestelmän kahdella alimmalla rivillä uraanin ja talliumin välillä. Niinpä on lyijyplejadiin kuuluvan radium B:n atomipaino (214) kuutta yksikköä suurempi kuin viidenteen ryhmään kuuluvan vismutin (208) atomipaino. Näitten aivan uudenlaatuisten, tavattoman tärkeitten tulosten vuoksi on välttämätöntä perusteellisesti tarkistaa käsityksemme atomipainon ja alkuaineen muitten ominaisuuksien välillä vallitsevista suhteista.

64

Silti ei vähääkään vähene sen tosiasian merkitys, että jaksoittaisen järjestelmän ei-radioaktiivisessa osassa atomipaino, paria pientä poikkeusta lukuunottamatta, jotenkin säännönmukaisesti vähenee siirryttäessä sijasta toiseen. Siten herää kysymys, ovatko järjestelmän kaksi viimeistä riviä tässä suhteessa poikkeusasemassa. Seuraava päättely osoittaa, että näin ei olisi asian laita, jos meillä tällöinkin, kuten järjestelmän muita kohtia tutkiessamme, olisi käytettävänämme ainoastaan kemiallisia menettelytapoja. Silloin määrättäisiin hajoittamattomana alkuaineena esiintyvän plejadin atomipaino kokeellisesti ja niin saataisiin keskiarvo, jonka suuruus riippuisi seoksessa olevien plejadin jäsenten keskinäisistä paljoussuhteista. Nämä suhteet vuorostaan riippuvat lähinnä kunkin alkuaineen eliniästä, ja koska useimmissa plejadeissa yhden jäsenen elinikä on paljon pitempi kuin muitten, toisin sanoen sitä on seoksessa paljon enemmän kuin muita, niin voidaan sen atomipainoa suurtakaan virhettä tekemättä pitää luonnolliseen järjestelmään sopivana. Näin menetellen saadaan plejadien atomipainoiksi kuudennessa taulukossa mustalla painettujen alkuaineitten atomipainot (vrt. myös taulukkoja 2 4), ja silloin havaitaan järjestelmän tavallisen taulukon vaakasuoran rivin alkuaineitten (1. atomipainojen vähenevän (2. jotenkin säännönmukaisesti oikealta vasemmalle, samoinkuin luonnollisen järjestelmän muissakin riveissä; täten siis häviää atomipainojen todellinen säännöttömyys, joka johtuu alkuaineitten suuresta luvusta. (1. Ehkä protaktiniumia (Pa) lukuunottamatta vrt s.82.

(2. Vrt myös taulukkoa 9, s.159-160.

65

Johdumme siis siihen tulokseen, että uraanista talliumiin ulottuva jaksoittaisen järjestelmän osa ei lainkaan eroaisi järjestelmän muista osista, jos meillä olisi käytettävissämme vain kemiallisia menettelytapoja sitä tutkiaksemme. Ainoastaan radioaktiivisten menetelmien ansiota on, että on onnistuttu pääsemään selville tässä osassa vallitsevasta suuresta alkuaineitten moninaisuudesta. Radioaktiiviset menetelmät tarjoavat siis meille tavattoman arvokkaan apuneuvon uusien alkuaineitten toteamiseksi ja tämä uusi apuneuvo on, kuten isotooppien olemassaolo todistaa, paljon hienompi kuin kvalitatiivinen analyysi. Uraaniakin on, kvalitatiiviseen analyysiin perustuen, näihin asti pidetty yksiperäisenä alkuaineena, vaikkakin nyt, kuten pian saamme nähdä, täytyy otaksua Uraanin olevan kahden isotooppisen alkuaineen

uraani I:n ja uraani II:n seos.

66

IV LUKU.

Siirtymälait ja niitten sovellutuksia.

1. Yleisiä näkökohtia.

Kuudennessa taulukossa näyttävät alkuaineet olevan ilman mitään keskinäistä yhteyttä. Kuitenkin tiedämme, että ne ovat geneettisesti liittyneet toisiinsa, mikä ilmenee kolmen radioaktiivisen sarjan olemassaolosta. Niinpä herää kysymys, eikö ole olemassa mitään yhteyttä toiseltapuolen alkuaineen aseman muuttumissarjassa ja toiseltapuolen sen paikan jaksoittaisessa järjestelmässä välillä. Näin tosiaan onkin asian laita. Soddyn (1911) esitettyä erinäisiä viittauksia tässä ilmenevän säännönmukaisuuden selittämiseksi laati tekijä ja pian sen jälkeen Soddy v. 1913 yleispätevät säännöt. Täten on saatu seuraavat kaksi lakia, jotka jyrkästi erottavat toisistaan molemmat muuttumisilmiöitten lajit, nimittäin α-muuttumisen ja β-muuttumisen, jotka jo aikaisemmin olemme oppineet tuntemaan.

1. α-muuttumisen jälkeen syntynyt uusi alkuaine

tavataan kanta-aineestaan kahta askelta aikaisemmasta

ryhmästä (vaakasuorassa rivissä kaksi saraketta vasemmalle). 2. β-muuttumisen jälkeen syntynyt aine kuuluu lähinnä

seuraavaan ryhmään (seuraava sarake oikealle)

67

Siten näemme (vrt. taulukkoja 5 ja 6), että IV a-ryhmään kuuluvan ioniumin α-muuttuminen synnyttää II a-ryhmän jäsenen radiumin, josta seuraavan α-muuttumisen välityksellä muodostuu emanaatiota, jolla on paikkansa nollannessa ryhmässä. Sen sijaan näemme β-muuttumisen tapahtuessa IV b-ryhmän radiumin muuttuvan V b ryhmän radium E:ksi ja tästä edelleen VI b-ryhmän radium F:ksi. Myöskin toriumja aktiniumsarjat noudattavat poikkeuksetta näitä kahta (siirtymälakia). Näitä lakeja laadittaessa oli vielä monen radioalkuaineen kemiallinen luonne tuntematon, ja tekijän näihin uusiin lakeihin perustuneet ennustukset tästä luonteesta ovat poikkeuksetta pitäneet paikkansa. Mutta erikoisen mielenkiintoista on, että siirtymälakien avulla on onnistuttu löytämään kaksi uutta radioalkuainetta, nimittäin uraani X₂ ja protaktinium, joille molemmille kuuluu jaksoittaisen järjestelmän viidennessä ryhmässä viimeisellä vaakasuoralla rivillä oleva paikka, mikä sitä ennen oli tyhjä.

2. Uraani X₂₂₂₂

Ennen siirtymälakien laatimista esitettiin, perustuen puhtaasti radioaktiivisiin tosiasioihin,

68

uraaniryhmän alussa tapahtuvat muuttumisilmiöt seuraavan kaavion avulla:

KAAVIO 1 S.68 Toistaiseksi ei vielä ole kyetty eristämään uraani II:ta; sen tosiasiallinen olemassaolo voidaan päättää H. Geigerin ja J. M. Nuttallin esittämän todisteen nojalla, jonka mukaan kemistien yksiperäisenä alkuaineena pitämä uraani lähettää kahdenlaisia α-säteitä, joilla on eri suuret tunkeumat. Tästä sekä samojen tutkijain, osoittamasta sivulla 51 esitetystä, α-säteilijöitten elinajan ja niitten lähettämien α-säteitten tunkeuman välillä vallitsevasta suhteesta seuraa, että uraanin täytyy olla kahden, eri elinikäisen alkuaineen (uraani I:n ja uraani II:n) seos, ja tämän säännön nojalla saadaan uraani II:n puoliajaksi 2 X 10⁶ vuotta (vrt. kuvaa 3 s. 50). Koska oli mahdotonta kemiallisin keinoin erottaa uraani II uraanista (uraani I:stä), täytyi olettaa näiden kahden alkuaineen olevan isotooppisia. joten siis molemmat kuuluvat VI a ryhmään. Vaikkakin uraani on uraani I:n ja uraani II:n seos, joitten atomipainojen täytyy erota toisistaan neljän yksikön verran, vastaa uraanin kokeellisesti määrätty atomipaino 238,2 käytännölliseti uraani I:n atomipainoa. Sillä uraani I:n ja uraani II:n paljousmäärät ovat kivennäisistä eristetyssä seoksessa keskenään radioaktiivisessa tasapainossa ja suhtautuvat sen vuoksi toisiinsa samoin kuin alkuaineitten puoliajat siis kuten 2x10⁶ / 5x10⁹ mistä seuraa että uraani II:ta on seoksessa alle yhden promillen.

69

Koetettaessa ylläolevaan kaaviokuvaan sovelluttaa siirtymälakeja jouduttiin kahteen ristiriitaan: sen mukaan ei uraani I:n α-muuttumisesta, eikä UX:n β-muuttumisesta olisi ollut seurauksena lainmukainen siirtymä, sillä myöskin UX ja ionium ovat isotooppeja, kuuluen toriumplejadiin. Soddy, A. S. Russel ym. muuttivat sen vuoksi ylläolevan kaavion seuraavasti:

KAAVIO 2 S.69 Tätäkään kaaviota ei radioaktiiviselta kannalta voi hyväksyä paremmin kuin edellistäkään. Sen mukaan aiheuttaisi UX:n β-muuttuminen kahden ryhmän siirtymän yhden ryhmän siirtymän asemesta. Russel ja tämän kirjan tekijä laativat sen vuoksi hypoteesin, jonka mukaan UX:n muodostaisi kaksi eri alkuainetta, jotka säteilevät β-säteitä, joten siis oikea kaavio olisi seuraavanlainen:

KAAVIO 3 S.69 Todella ovatkin ne kokeet joita kirjan tekijä yhdessä O. Göhringin kanssa on suorittanut tämän hypoteesin todenmukaisuuden tutkimiseksi johtaneet (1913) tuntemattoman alkuaineen UX₂ (uraani X₂ ) eristämiseen. Se osottautui lyhytikäiseksi. β-säteitä säteileväksi aineeksi, jonka puoliaika on 1,15 minuuttia. UX₂ :n löytäminen oli verrattain helppoa sen vuoksi, että viimeksiesitetyn kaavion nojalla voitiin ennakolta olettaa sen olevan läheisessä yhteydessä luonnollisen järjestelmän V a-ryhmän kanssa.

70

Sen täytyi siis olla tantaalin korkeampi homologi. Siis voitiin uraani X₂ :ta saada eristetyksi siten, että se kemiallisin keinoin erotettiin uraani X:stä yhdessä tantaalihapon kanssa, samalla tavalla kuin esim. radium voidaan parhaiten erottaa muitten alkuaineitten kanssa muodostamastaan seoksesta yhdessä bariumin kanssa. Koska uraani X₂:lle kuuluu aikaisemmin tyhjänä ollut sija luonnollisessa järjestelmässä, on se saanut uuden nimen; lyhytikäisyytensä vuoksi annettiin sille nimi brevium (vrt siv. 75).

3. Protaktinium, aktiniumin kanta-aine.

Protaktiniumin hiljattain tapahtuneen keksimisen merkitys on erikoisen suuriarvoinen, koska se samalla on huomattavalla tavalla selvittänyt kysymystä aktiniumin synnystä. Kuten kauahkon aikaa on jo oletettu, aktinium on verrattain lyhytikäinen alkuaine, sen puoliaika on O. Hahnin ja L. Meitnerin äskettäin julkaisemien, useita vuosia kestäneitten mittausten mukaan ainoastaan noin 20 vuotta. Sillä täytyy siis olla pitkäikäinen kanta-aine, ja koska se aina on uraanikivennäisten yhtenä seososana, oli oletettava uraani-radiumsarjan ja aktiniumsarjan olevan keskenään geneettisessä suhtessa.

71

B. BoltWoodin sekä varsinkin St. Meyrin ja V. F. Hessin uusien mittausten nojalla voidaan pitää todistettuna, että eri kivennäisissä uraanin ja aktiniumin aktiivisuuksien välillä vallitsee vakinainen suhde, mikä on välitön seuraus tästä olettamuksesta. Kuitenkin on Boltwood todennut että aktiniumin ja sen muuttumistulosten aktiivisuus on kivennäisissä huomattavasti pienempi kuin olisi syytä odottaa, jos aktiniumryhmä olisi uraani-radiumryhmän välitön jatko, mikä olettamus on muutenkin hyvin epätodennäköinen. Jo v. 1906 tuli sen vuoksi Rutherford siihen johtopäätökseen, että aktiniumsarja on uraaniradiumsarjan haarautuma. Tämä olisi mahdollista siten, että jossain viimeksimainitun sarjan jäsenessä tapahtuu kaksoismuuttuminen, jolloin 92 % sen atomeista muuttuisi uraani-radiumsarjan seuraavaksi jäseneksi ja ainoastaan 8 % (1. muuttuisi aktiniumsarjan ensimmäiseksi aineeksi. Sittemminhän todellakin välittömästi todettiin C-jäsenissä tapahtuvan tällaisen kaksoismuuttumisen ja haarautumisen, mikä ensin huomattiin Ra C:stä (Fajans 1911). Pitkän aikaa pysyi kuitenkin epäselvänä, miltä kohtaa uraaniradiumsarjaa aktiniumsarja haarautuu, sillä kaikki kokeet aktiniumin muodostumisen toteamiseksi jossain uraani-sarjan jäsenessä jäivät tuloksettomiksi. Vasta siirtymälait ohjasivat myöskin tätä kysymystä käsittelevän tutkimuksen uusille urille. (1. O.Hahnin ja. L. Meitnerin uusien tutkimusten mukaan tämä n.s.

haarautumissuhde ei ole 8:92, vaan 3:97; St. Meyerin mukaan se on

4:96.

72

Pikivälkkeestä yhdessä harvinaisten maametallian kanssa eristetyn aktiniumin kaikki kemialliset ja sähkökemialliset ominaisuudet todistavat epäämättömästi, että sille kuuluu jaksottaisen järjestelmän kolmannessa (III a) ryhmässä ja viimeisellä vaakasuoralla rivillä aikaisemmin tyhjänä ollut paikka. Jos siis ottaa huomioon molemmat tunnetut muuttamisen lajit, α ja β-muuttumisen, niin saattaisi aktinium syntyä joko α-muuttumisella jostain V a ryhmän alkuaineesta, s.o. jostain radiumplejadin jäsenestä, taikka β-muuttumisella jostain II a ryhmän alkuaineesta, s. o. jostain radiumplejadin jäsenestä. Mutta radiumplejadin ainoa tunnettu alkuaine UX2₂ ei lähetä mitään α-säteitä ja sen vuoksi ei sitä voitu pitää aktiniumin kanta-aineena, sillä täytyisihän muutoin helposti onnistua todeta aktiniumin välittömästi syntyvän uraanista. Toisen ryhmän alkuaineista uraani-radiumsarjassa saattoi ainoastaan itse radium tulla kysymykseen. Tämä lähettää toiselta puolen β-säteitä, mikä on erinomaisessa sopusoinnussa emanaation syntyessä tapahtuvan, kahden ryhmän siirtymän kanssa. Toiselta puolen lähettää radium myöskin β-säteitä, ja näitä voitaisiin pitää todisteina toisesta muuttumisilmiöstä, jonka vaikutuksesta syntyisi kolmannen ryhmän alkuaine, samoin kuin tapahtuu haaraumassa G-jäsenten kohdalla. Sen jälkeen kun tämän hypoteesin todenmukaisuutta tutkivat kokeet olivat osoittaneet, että radiumista ei synny mitään aktiniumia, ei mikään ennestään tunnettu uraaniradiumsarjan alkuaine voinut tulla kysymykseen aktiniumin kanta-aineena, ja siksi oli välttämätöntä etsiä joku uusi, tuntematon alkuaine, jotta aktiniumin syntykysymys saataisiin ratkaistuksi.

73

Seuraavien syitten nojalla otaksuivat Soddy, Hahn ja Meitner tällöin, että aktiniumin oletettu kanta-aine olisi viidennen ryhmän jäsen ja olisi geneettisessä suhteessa G. Antonoffin (1911) löytämään uraani Y:hyn (puoliaika 25 tuntia). Uraani Y syntyy uraanin isotooppiseoksesta (1. ja nähtävästi joko uraani I:stä taikka uraani II:sta. Nythän tapahtuu näissä kummassakin alkuaineessa toiset jo ennestään tunnetut muuttumisilmiöt, ja siten täytyy olettaa uraani Y:n olevan uraanisarjasta haarautumalla syntynyt. Uraani Y:n kemialliset ominaisuudet osoittavat, että se kuuluu IV a-ryhmään, nimittäin toriumplejadiin. Koska se lähettää β-säteitä, täytyy sen muuttumistuotteen olla UX2₂:n isotooppi ja voisi siis olla juuri aktiniumin etsitty kanta-aine. Mutta tämän pitäisi olla jotenkin pitkäikäinen, koska muussa tapauksessa tulisi voida lyhyessä ajassa todeta uraanista syntyvän aktiniumia. Näiden päätelmien mukaisesti ovat Otto Hahn ja Lisa Meitner etsineet pikivälkkeestä sekä uraanin ja radiumin valmistukseen käytetyn pikivälkkeen tehdasjäännöksistä viidenteen ryhmään kuuluvaa pitkäikäistä alkuainetta ja heidän onkin todella onnistunut tantaalihapolla erottaa alkuaine, joka säteilee α-säteitä ja jonka muuttuessa saatettiin todeta muodostuvan aktiniumia. (1.

F.Paneth on ehdottanut isotooppiseoksen nimeksi sanaa "seka-

alkuaine". (LOL)

74

Uuden, protaktiniumiksi (Pa) nimitetyn alkuaineen ikä määrättiin, vertaamalla toisiinsa eri vanhoissa uraanivalmisteissa olevia tämän alkuaineen määriä, suunnilleen 10000:ksi vuodeksi. Tämän suhteellisesti korkean arvon vuoksi voi toivoa, että tulevaisuudessa onnistutaan eristämään punnittavia määriä protaktiniumia kemiallisesti puhtaassa tilassa. Tällöin voidaan myöskin tämän alkuaineen atomipaino välittömästi määrätä ja siitä laskea kaikkien aktiniumsarjan jäsenten atomipainot. Näistä Hahnin ja Meitnerin erinomaisista tutkimuksista riippumatta ovat myöskin F. Soddy ja J. A. Cranston todenneet protaktiniumin olemassaolon. He nimittävät sitä ekatantaaliksi. He kuumensivat pikivälkettä tetrakloorimetaanivirrassa sellaisissa olosuhteissa, joissa tantaalihappo ja UX2₂ haihtuvat ja he voivat näin saamassaan härmeessä todeta aktiniumia vähitellen muodostuvan. Tämä pikivälkkeen haihtuva osa siis sisälsi aktiniumin etsityn kanta-aineen. Vielä ei ole välittömästi todistettu, että protaktininium syntyy uraani Y:stä. Kuitenkin on tästä todisteena muuan muassa se seikka, että G. Kirschin aivan viimeaikoina 4:ksi prosentiksi arvioma suhde, jonka mukaan uraani Y haarautuu uraani-radiumsarjasta, on likipitäen sama kuin aktiniumsarjan haarautumissuhde, joka on 3-4 prosenttia. Seuraavanlaista kaaviota pidetään siis nyttemmin todennäköisimpänä:

75

KAAVIO 4 Uraani Y:n haarautuminen. Sivulla 82 perustellaan sitä ylläolevassa kaaviossa esitettyä olettamusta, että uraani Y muodostuisi uraani II:sta eikä uraani I:sta. Jaksoittaisessa järjestelmässä kuuluu protaktiniumille sama paikka kuin uraani X2₂ :lle ja koska se pisimmän ikäisenä alkuaineena määrää plejadin nimen, ei nimeä brevium enää tarvita.

4. Muita johtopäätelmiä.

Siirtymälakien avulla on edelleen mahdollista päästä jossain määrin selville aivan lyhytikäisten alkuaineitten kemiallisesta luonteesta. Tällaisia alkuaineita, joita ei voida suorastaan kemiallisin keinoin tutkia, ovat Ac A ja Ac C', Th A ja Th C' sekä Ra C' ja Ra C''. Taulukoista selvenee helposti, että siirtymälait pitävät paikkansa ainoastaan sikäli mikäli Ra C'' kuuluu talliumplejadiin (ryhmään III b) ja muut viisi mainittua alkuainetta VI a-ryhmään, siis poloniumplejadiin. Emanaatioitten α-muuttumiset johtavat siten viimeisen vaakasuoran rivin nollannesta ryhmästä lähinnä viimeisen vaakasuoran rivin kuudenteen ryhmään, joten siis nollannella ryhmällä on myös kahdeksannen ryhmän luonne.

76

Tämä oikeuttaa yhdistämään kahdeksannen ja nollannen ryhmän, minkä eräät tutkijat jo aikaisemmin ovat muitten perusteitten nojalla ehdottaneet tehtäväksi. Yhdeksännessä taulukossa on tämä yhdistäminen suoritettu. Myöskin aktiniumin ja mesotorium 1:n säteilyttömän muuttumisen johdosta voidaan siirtymälakien nojalla tehdä erinäisiä johtopäätöksiä, jotka esitetään luvun XII 3:nnessa osassa. Siirtymälakien avulla voidaan tarkasti seurata radioaktiivisten alkuaineitten muuttumisjärjestystä näitten siirtyessä jaksoittaisessa järjestelmässä ryhmästä toiseen. Lisättäköön vain vielä, että kolme radioaktiivista sarjaamme ovat monessa suhteessa yhdenmukaiset. Radiotoriumista, ioniumista ja radioaktiniumista alkaen, jotka kaikki kuuluvat toriumplejadiin ja joita siis ei voi kemiallisesti toisistaan erottaa, tapahtuvat muuttumisilmiöt kaikissa kolmessa ryhmässä samalla tavalla. Näissä kolmessa alkuaineessa tapahtuu samanlaatuinen muuttuminen, jonka vaikutuksesta jälleen syntyy kemiallisesti yhdenmukaisia alkuaineita, jotka puolestaan muuttuvat edelleen yhdenmukaisella tavalla. Ja tämä uudistuu sarjojen loppuun saakka. Paitsi sitä, että näitten kolmen ryhmän analogiset alkuaineet ovat kemiallisesti identtisiä ja lähettävät samanlaatuisia säteitä, ilmenee myöskin niitten elinajan pituudessa säännönmukaisuuksia, jotka seuraavassa tulevat käsiteltäviksi. Nämä eroavat toisistaan vain siinä että toriumja aktiniumsarjat päättyvät aikaisemmin kuin uraani-radiumsarja.

77

Jos seuraamme esim. viimeksimainittua sarjaa, niin näemme (vrt. taulukkoja 6 ja 7), kuinka kuudennen ryhmän uraani I:stä α-muuttumisen välityksellä joudutaan neljänteen ryhmään ja sitten kahden 3-muuttamisen välityksellä jälleen syntyy kuudennen ryhmän alkuaine (Uıı),

TAULUKKO 7 ; (1. Alimman rivin merkit esittävät alkuaineitten

kemiallisen tyypin.

78

78 (Uıı) on kemiallisessa suhteessa aivan samallainen kuin ensimmäinenkin alkuaine. Sitten jatkuu sarja kolmen α-muuttumisen välityksellä neljännen ja toisen ryhmän kautta nollanteen ryhmän j.n.e. Samoin on molempien muittenkin sarjojen laita, ja voimme nyt helposti selittää plejadien muodostumisen. Osaksi on niitten muodostumiseen syynä kolmen analogisen radioaktiivisen sarjan olemassaolo, osaksi myöskin se, että useimmiten yhtä α-muuttumista seuraa kaksi β-muuttumista.

79

V LUKU.

Atomipaino ja isotooppien elinikä. Tällaisen plejadin jäsenet eroavat toisistaan pääasiallisesti radioaktiivisten ominaisuuksiensa, varsinkin elinikänsä, sekä atomipainonsa puolesta. Jokaisessa plejadissa on hyvin erilaisia atomipainoja ja useasti on joittenkin vasemmanpuoliseen plejadiin kuuluvien alkuaineitten atomipaino monta yksikköä suurempi kuin muutamien oikeanpuolisen plejadin jäsenten atomipaino. Ja kuitenkin olemme havainneet kutakuinkin säännöllisen

atomipainojen vähenemisen oikealta vasemmalle (1., kun me, pysyäksemme sopusoinnussa ei-radioaktiivisten alkuaineitten kanssa, otimme plejadin pisimmän ikäisen jäsenen atomipainon plejadin edustajaksi yleisessä järjestelmässä. Tämä tulos viittasi siihen, että alkuaineitten elinijän jakautuminen plejadin sisällä ei voinut olla säännötön. Tekijä koetti sen vuoksi saada selville atomipainon ja isotooppien eliniän välillä vallitsevat suhteet ja todella voitiinkin havaita eräitä säännönmukaisuuksia, jotka näyttävät kätkevän jotakin syvällistä. Nämä säännönmukaisuudet esitetään tässä senkin vuoksi, että aikoinaan oli mahdollista ainoastaan niitten avulla joltisenkaan tarkasti arvioida aktiniumin atomipainon suuruus. (1. Vrt A.Laurin toteamus v. 2011 että keskim. jopa 750kg

ydinreaktorin 150t polttoainemassasta 'katoaa' vuodessa - suoraan

säteilyn kautta - myrkyllisenä ionisaationa ympäristöön. 'Suom. huom.'.

80

Uraaniradiumsarja ja toriumsarja

Jos aluksi tarkastetaan yksinomaan uraaniradiumsarjan ja tooriumsarjan jäseniä, joitten atomipainot tunnetaan jotenkin tarkasti, niin ilmenee (vrt. kuudetta taulukkoa). että samassa plejadissa α-säteilijöitten elinikä (puoliaika) pienenee atomipainon vähetessä, kun taas β-säteilijöitten elinikä suurenee atomipainon vähetessä. Ainoana poikkeuksena on polonium (Ra F), joka on oman, ainoastaan α-säteilijöiden muodostaman plejadinsa verrattomasti pitkäikäisin jäsen, vaikka sen atomipaino on pienin.

Aktiniumsarja

Siten herää kysymys, mikä atomipaino pitäisi aktiniumilla olla, jotta sen ryhmän jäsenet noudattaisivat tätä sääntöä. Kuten kuudennesta taulukosta ilmenee, saataisiin paraiten sopiva tulos määrittelemällä aktiniumin atomipaino 226:n ja 228:n välille, siis suunnilleen 227:ksi (1. Kolmen sarjamme analogisten jäsenten atomipainojen järjestys olisi silloin seuraava: uraani-radiumsarja, tooriumsarja, aktiniumsarja;

esim. emanaatiot seuraisivat toisiaan järjestyksessä Ra Em 222, Th Em 225, Ac Em 219. Vismuttiplejadia lukuunottamatta, jonka C-jäsenet ovat sekä α -että β-säteilijöitä, ilmenee aktiniumsarjan jäsenistä ainoastaan Ac X:ssä ja Ac B:ssä pieniä poikkeuksia säännöstä, kun sen sijaan Ac C':ssa ilmenee sama säännöttömyys, josta jo Ra F:n yhteydessä mainittiin ja joka, kuten R. Swinne on näyttänyt, poloniumplejadissa kehittyy Th C':n ilmaiseksi elinijän minimiksi. (1. Seuraavassa esitettävistä syistä otettiin taulukkoon arvo 226 227:n

asemesta.

81

C-jäsenten ominaisuuksista on erikseen puhuttava: Ylläolevat säännöt osoittavat, että samassa plejadissa yleensä pyrkimys α-muuttumiseen suurenee atomipainon pienetessä, kun sen sijaan pyrkimys β-muuttumiseen tällöin vähenee. Jos siis isotoopeissa tapahtuu sekä α -että β-muuttuminen, kuten C-jäsenissä on laita, niin on syytä olettaa, että atomipainon vähetessä α-muuttuminen lopulta pääsee melkein kokonaan vallitsevaksi β-muuttumisen hävitessä, kuten todellakin tapahtuu Ra C:n Th C:n ja AcC:n muuttuessa: ensiksimainitun alkuaineen muuttuessa osoittautuu ainoastaan 0,83 prosenttia sen kaikista atomeista β-säteilijöiksi, kun sen sijaan melkein kaikki, nimittäin 99,85 prosenttia, viimeksimainitun alkuaineen atomit muuttuvat α-muuttumisen mukaisesti. Niitten välillä on Th C, jonka haarautumissuhde on 35/65. Samalla tavalla voidaan selittää se tosiasia, että kun samaan plejadiin kuuluu sekä α että β-säteilijöitä, niin viimeksimainituilla on suurempi atomipaino, kuten huomataan UX₁:stä ja MsTh₁:stä. Tästä suhteesta on kuitenkin poikkeuksena Ra E, joka on puhdas β-säteilijä. Koetettaessa saattaa ylläolevan säännön mukaan aktiniumille paraiten sopivan atomipainon arvo 227 sopusointuun tämän alkuaineen syntyä koskevan kysymyksen kanssa huomataan seuraavaa:

82

on todennäköistä, että protaktinium syntyy β-muuttumisen välityksellä uraani Y:stä; riippuen siitä, syntyykö tämä viimeksimainittu (α-muuttumisen välityksellä) uraani I:stä vaiko uraani II:sta, pitäisi uraani Y:n ja protaktiumin yhtäsuuriksi atomipainoiksi määrätä 234 tai 230, jolloin siis aktiniumin atomipainoksi tulisi joko 230 tai 226. Jälkimmäinen arvo, joka on merkitty kuudenteen taulukkoon, vastaa tosin huonommin eliniän ja atomipainon välistä suhdetta kuin arvo 227, mutta ei silti ole ristiriidassakaan sen kanssa. Jos sen sijaan aktiniumin atomipaino olisi 230, niin ei juuri mikään aktiniumsarjan jäsen noudattaisi ylläesitettyjä sääntöjä. Sen vuoksi täytyy otaksua, että uraani Y, kuten sivulla 75 esitetystä kaaviosta ilmenee, polveutuu, mikäli se en aktiniumin kanta-aine, uraani II:sta eikä uraani I:stä. Kuitenkin uraani Y:n atomipainon arvo, joka näin ollen on 230, joutuu säännön kanssa ristiriitaan kun sen sijaan arvo 234 olisi säännönmukaisempi. On siis välttämätöntä tarkistaa joko uraanin ja protaktiniumin välinen yhteyssuhde taikka isotooppien eliniän ja atomipainon välillä vallitseva suhde.

83

VI LUKU.

Hajoamissarjojen lopputuotteet ja isotooppiset lyijylajit.

1. Teoriaa.

Kuten edelläolevasta esityksestä ilmenee, on uuden isotopia-käsitteen luominen tehnyt mahdolliseksi läpeensä tyydyttävän radioalkuaineitten kemiallisen järjestelmän laatimisen. Sitä paitsi on tällä käsitteellä huomattava vaikutus myöskin yleiseen kemiaan. Siihenhän perustuu olettamus, jonka mukaan on olemassa alkuaineita, joilla, erilaisista atomipainoistaan huolimatta (ne saattavat erota toisistaan jopa kahdeksankin yksikön verran), on käytännöllisesti täysin samanlaiset kvalitatiivis-kemialliset ominaisuudet. Kuitenkaan eivät kemistin mielestä edelläesitetyt, isotooppiteoriaa tukevat tosiseikat ole riittävän todistusvoimaiset. Eihän saa unohtaa, että radioalkuaineitten lyhytikäisyyden vuoksi ei niitten kemiallisia ominaisuuksia ole tutkittu puhtaassa tilassa, vaan sekoitettuna muihin aineisiin, sekä ettei myöskään niitten atomipainoja ole voitu välittömästi, vaan yksinomaan laskemalla määrätä.

84

Tämä jonkun verran epätyydyttävä tilanne ei kuitenkaan kestänyt kauan, sillä heti kun uudet näkökannat sekä siirtymälait otettiin huomioon radioaktiivisten sarjojen lopputuloksia koskevaa kysymystä käsiteltäessä, ilmeni mahdollisuus kemiallisten menettelytapojen avulla välittömästi todistaa isotooppiteorian ylläoleva pääolettamus oikeaksi. On onnistuttu seuraamaan radioaktiivisia sarjoja aina alkuaineisiin Ra C” ja Ra F, Th C' ja Th C'' sekä AcC' ja AcG'' saakka. Radioaktiivisesti ei enää voitu todeta niillä olevan mitään muuttumistuotteita ja tavallisesti oletettiin niitten olevan laadultaan pysyviä. Niitä sanottiin sen vuoksi sarjojen lopputuotteiksi, ja oletettiin, että ne olisivat samoja kuin joku tai jotkut tavalliset alkuaineet. Ennenkuin radioalkuaineet sovitettiin jaksoittaiseen järjestelmään, onnistuttiin jotakuinkin varmasti vastaamaan ainoastaan Ra Gz:n, Ra F:n muuttumistuotteen, luonnetta koskevaan kysymykseen. B. Boltwood esitti ensimmäisenä (1905) sen mielipiteen, että lyijy

on uraani-radiumpoloniumsarjan lopputuote. Tämä käsitys perustui pääasiallisesti siihen tosiseikkaan, että kaikissa uraanikivennäisissä tavataan lyijyä ja lisäksi nämä löydetyt lyijymäärät saman geologisen ikäkauden kivennäisissä ovat suhteelliset uraanipitoisuuteen sekä eri-ikäisissä kivennäisissä suurenevat rinnan iän lisääntymisen kanssa.

85

Nämä molemmat tosiseikat saisivat luonnollisen selityksensä, jos lyijy syntyisi uraanin hitaasti hajotessa ja siten varastoutuisi kivennäiseen geologisten aikajaksojen kuluessa (1. Myöskin atomipainojen tarkastelu näytti aluksi tukevan tätä käsitystä. Ottamalla lähtökohdaksi uraani I:n tai radiumin aikaisemmin oikeina pidetyt atonıipainojen arvot 238,5 ja 226,4 saatiin tunnetulla tavalla Ra G:n atomipainon todennäköiseksi arvoksi 206, 206,4, joka tavallisista alkuaineista oli lähinnä lyijyn atomipainon arvoa (207,1). Eroavaisuuden, joka vielä oli näitten arvojen välillä olemassa, oletettiin johtuvan atomipainojen hiukan epävarmoista arvoista. Nyt ei kuitenkaan kyseenä olevien atomipainojen tarkistus ole tätä erotusta pienentänyt, vaan päinvastoin oleellisesti suurentanut. U₁:n ja Ra:n nykyään oikeina pidetyistä arvoista 238,2 ja 226,0 saadaan laskemalla Ra G:n atomipainoksi 206,2 206,0, kun taasen lyijyn atomipaino uusimpien määräysten mukaan on 207,20. Radioalkuaineitten sijoittaminen luonnolliseen järjestelmään sekä isotopian käsite osoittivat nyt keinon, jonka avulla voitiin selvittää tämä ristiriitaisuus ja samalla voitiin sen perusteella myöskin tehdä tärkeitä johtopäätöksiä muiden (lopputuotteitten) luonteesta. (1. Koska uraanin hajoamisnopeus tiedetään, voidaan kivennäisen

absoluuttinen ikä likimäärin arvioida määräämällä siinä oleva

paljoussuhde lyijy/uraani. Vrt. lähemmin Lawsonin tyhjentävää

esitystä.

86

Sovellutettaessa siirtymälait yllämainittujen kuuden alkuaineen muuttumiseen ilmenee (vrt. taulukkoa 5), että kaikkien niitten muuttumistuotteet kuuluvat lyijyplejadiin. Mitä Ra G:hen tulee, on tämä tulos, ottaen huomioon sen kvalitatiivis-kemialliset ominaisuudet, mitä parhaassa sopusoinnussa Boltwoodin hypoteesin kanssa. Tällöin voitiin selittää edellämainittu, atomipainoja tarkasteltaessa ilmennyt ristiriitaisuus olettamalla, että Ra G, s. o. uraanimineraaleissa esiintyvä lyijy tosin on kemiallisilta ominaisuuksiltaan sama kuin tavallinen lyijy, joskaan sen atomipaino ei ole sama kuin viimeksimainitun. Ra G ei siis ole identtisesti vaan ainoastaan isotooppisesti sama kuin tavallinen lyijy. Th C':n ja Th C":n muuttumistuotteilla on samat kemialliset ominaisuudet (molemmat ovat lyijyn isotooppeja) ja myöskin niitten laskettu atomipaino on sama, nimittäin 208,1. Kemialliselta kannalta voimme siis pitää niitä samana alkuaineena ja sanoa sitä toriumlyijyksi (tai Th D:ksi). Sitä täytyy voida tavata tooriumkivennäisissä. Jos toriumlyijy ehkä ei ole täysin pysyvää, mikä on mahdollista, niin saattaa sen kahdella yhdysosalla olla eri pitkä elinikä kummallakin. Samoista syistä kuin toriumlyijyä voimme pitää myöskin Ac G':n ja Ac C'':n muuttumistuottoita kemiallisesti yhtenäisenä alkuaineena, ja sanomme sitä aktiniumlyijyksi (Ac D), Sen odotettavissa oleva atomipaino on riippuvainen aktiniumin itsensä toistaiseksi tuntemattomasta atomipainosta.

87

Jos viimeksimainittu on 226-227, niin voidaan olettaa aktiniumlyijyn atomipainon olevan 206-207. Koska aktinium syntyy uraanista, täytyy uraanikivennäisissä olla

myöskin aktiniumlyijyä, ja koska sitä ei voida kemiallisesti erottaa Ra G:stä, on näistä kivennäisistä saatava lyijy uraanilyijy Ra G:n ja Ac D:n seos. Mutta koska aktiniumsarja haaraantuu pääsarjasta ainoastaan suhteessa 3/97, voi Ac D:n atomipaino vaikuttaa sangen vähän uraanilyijyn atomipainoon. Näihin tarkasteluihin johtuivat tekijä (K.Fajans) ja Soddy pääasiassa jo ensimmäisiä radioalkuaineitten sovittamista jaksoittaiseen järjestelmään koskevia tutkimuksia suorittaessaan (1. Ne osoittivat,

että täytyy olla olemassa useita lyijylajeja, joita ei voida radioaktiivisesti todeta ja joitten atomipainot ovat toisistaan huomattavasti eroavien arvojen 206,0:n ja 208,1:n välillä, kun taasen tavallisen lyijyn atomipaino on 207,2. Siten avautuisi siis mahdollisuus välittömästi, kokeellisesti todeta eri atomipainoisten lyijylajien olemassaolo, jos onnistuttaisiin saamaan vastaavat alkuaineet toisista erotetuiksi. Kokeet, joita on tehty tämän ajatusladun pätevyyden koettelemiseksi, ovatkin nyt osoittaneet, että se on todellisuudessa mahdollista. (1. Jo hiukan aikaisemmin oli A.Russel yksityisesti huomauttanut

olevan mahdollista, että radium G:n atomi-paino ei ole sama kuin

tavallisen lyijyn.

88

2. Uraanilyijy.

Tämäntapaisten tutkimusten ihanteellisimpina lähtöaineina täytyy pitää toriumvapaita uraanikivennäisiä ja uraanivapaita toriumkivennäisiä. Jälkimmäisiä on helposti saatavissa, ja siten voitiin uraanilyijyä koskevaa kysymystä perusteellisesti tutkia. Jo ensimmäisten Th. W. Richardsin ja M. Lembert'in (1914) tekijän kehoituksesta suorittamien määräyksien samoin kuin Maurice Curien ja C. Hönigschmidin samanaikaisesti tekemien kokeitten nojalla saatiin mitä huolellisimmin puhdistettujen, uraanikivennäisistä peräisin olevien lyijyvalmisteitten (1. atomipainon arvoksi 206,4 206,9, siis arvoja, jotka kaikki ovat alempia kuin samaa menettelytapaa käyttäen 207,2:ksi määrätty tavallisen lyijyn atomipaino. Kaikki nämä tulokset ovat varmoja todisteita siitä, että uraanikivennäisissä on alkuaine, jota ei kemiallisin keinoin voida erottaa lyijystä ja jonka atomipaino on huomattavasti pienempi kuin tavallisen lyijyn atomipaino. Tämä on kvalitatiivisesti mitä paraassa sopusoinnussa teorian kanssa, sillä se edellyttää, että näissä kivennäisissä pitäisi olla Ra G:tä, jonka atomipaino on 206,0. (1. Seuraavassa käytetään nimitystä "lyijy", lähemmin määrittelemättä,

onko kysymys tavallisesta vaiko radioaktiivisesti syntyneestä "lyijystä",

punnittavin määrin käytettävinä olevista lyijypleijadien jäsenistä,

taikka niiden seoksista.

89

Se, että alkuperältään erilaisten valmisteitten atomipainojen arvot jonkun verran vaihtelivat, osoittaa kuitenkin, että useimmat tutkitut koe-erät eivät olleet puhdasta radioaktiivisesti syntynyttä uraanilyijyä, vaan että niihin oli otaksuttavasti sekoittunut epäpuhtautena vieruskivennäisistä peräisin olevaa tavallista lyijyä. Hönigschmid ja Stefanie Horovitz tutkivat sen vuoksi pian tämän jälkeen hyvin puhtaasta kiteisestä pikivälkkeestä (Morogorosta Saksan Itä-Afrikasta) sekä bröggeriitistä (Moos-Norja) peräisin olevia lyijyvalmisteita ja saivat tällöin atomipainon arvoksi 206,05 -206,06, kun taasen Richards ja Ch.Wadsworth eristivät norjalaisesta cleveitistä lyijyä, jonka atomipaino on 206,08 ja bröggeriitistä lyijyä, jonka atomipaino on 206,12. Näistä arvoista pienin (206,5) on miltei sama kuin radiumin atomipainosta Ra G:n arvoksi laskettu 205,94 (1. Toistaiseksi ei vielä voida päättää, onko tähän korkeampaan kokeellisesti saatuun arvoon syynä tavallisen lyijyn läsnäolo, vai aiheutuuko se joistakin vielä tuntemattomista syistä. Myöskään ei tämän tuloksen nojalla voi tehdä mitään päätelmää aktiniumlyijyn atomipainosta, vaikka sitä on uraanilyijyssä, joskin hyvin pieniä määriä. (1. Vähentämällä radiumin atomipainosta 225,97 viisi heliumatomia 5

x 4,00 = 20,00 ja energiahäviön aiheuttaman massavähennyksen

osalta 0,03.

90

Seuraavassa ilmoitetaan eri lyijylajeista puhuttaessa kunkin atomipaino kemiallisen merkin Pb:n yläpuolella, niin että esim. Pb (206,0) on samaa kuin Ra G. Merkkiä Pb käytetään, kuten tähänkin asti, yksinomaan tavallisesta lyijystä = Pb (207,20) puhuttaessa. Jos sitten tarkoitetaan lyijyä, jonka atomipaino voi olla mikä hyvänsä, s. o. jos on kysymys jostain lyijyntyyppisestä alkuaineesta taikka niitten seoksesta, niin käytämme merkkiä Pb. Se edellä esitetty olettamus, että huonosti puhdistetuista uraanikivennäisistä peräisin olevat lyijylajit, joitten atomipainot ovat suurempia kuin 206,9, eivät olisi mitään erikoisia alkuaineita, vaan seoksia, jotka sisältävät radioaktiivisesti syntynyttä uraanilyijyä (Pb 206,0) ja tavallista lyijyä (Pb 207,2) saa tukea seuraavasta. Geologisesti samanikäisissä eri uraanikivennäisissä on sama murto-osa uraanista muuttunut uraanilyijyksi, niin että tällaisissa kivennäisissä pitää vallita sama paljoussuhde Pb/U (206,0). Mutta jos nämä kivennäiset kuitenkin sisältävät paitsi radioaktiivisesti syntynyttä uraanilyijyä myöskin vaihtelevia määriä tavallista lyijyä, niin täytyy niistä eristetyn lyijyn atomipainon suurenemisen tapahtua rinnan paljoussuhteen Pb/U suurenemisen kanssa. Kolmea samasta löytöpaikasta (Joachimstalista) peräisin olevaa lyijynäytettä tutkimalla, joitten atomipainot olivat 206,40 206,60 ja 206,71 on tekijä näyttänyt toteen, että näin todellakin tapahtuu sekä kvalitatiivisesti että likipitäen myöskin kvantitatiivisesti.

91

Tällöin käytettiin suhteen Pb/U mittana sen kanssa yksikäsitteisessä yhteydessä olevaa lyijyvalmisteen β-sädeaktiivisuutta, jonka lyijyisotooppi Ra D aiheuttaa. Tällaisia lyijylajeja täytyy siis pitää seoksina, joskaan ei vielä ole onnistuttu niitä välittömästi hajoittamaan ja siksi ei saisi puhua niitten atomipainoista, koska ei ole olemassa mitään erikoisia atomeja, joitten atomipaino olisi 206,6. Sen vuoksi käytämme joka kerran, kun tarkoitamme isotooppiseoksen keskimääräistä atomipainoa, nimitystä yhdistymispaino.

3. Toriumlyijy.

Vaikeampaa, kuin on selvittää uraanilyijyä koskeva kysyınys, on ottaa selville, onko torium D, jota ei enään voida radioaktiivisesti todeta, lyijylaji, jonka atomipaino on 208, kuten siirtymälait edellyttävät. Tämä vaikeus johtuu etupäässä siitä, että kaikki tunnetut toriumpitoiset kivennäiset sisältävät jonkun verran uraania; sen vuoksi tällaisissa kivennäisissä geologisten aikakausien kuluessa syntynyt lyijy on seos, jossa on uraanilyijyä (Pb 206,0) ja toriumlyijyä (Pb208,1), joten sen yhdistymispainon täytyy olla seossuhteista riippuva näitten atomipainojen väliarvo. Koska edelleen uraani hajoaa nopeammin kuin torium, kerääntyy kivennäiseen suhteellisesti enemmän uraanilyijyä kuin toriumlyijyä.

92

Lisäksi on huomattava, että toriumlyijyn olemassaolo voidaan eittämättömästi todeta ainoastaan siinä tapauksessa, että tulokseksi saatava keskimääräinen yhdistymispaino on huomattavasti suurempi kuin tavallisen lyijyn atomipainon arvo (207,2). Toriumlyijyä koskevaa kysymystä tutkittaessa on sen vuoksi välttämätöntä valita kivennäisiä, joissa paljoussuhde uraani/torium on erikoisen suuri. Soddyn Ceylonilta peräisin olevasta toriitista eristämän lyijyn atomipainoa määrättäessä saatiin ensimmäiset varmat todisteet toriumlyijyn olemassaolosta. Kivennäisen analyysitulos osoitti sen sisältävän 57% toriumia, 1,03% uraania ja 0,4% lyijyä. Painosuhde torium/uraani on siis 55. Soddyn ja hänen avustajiensa erilaisia menettelytapoja käyttäen suorittamat atomipainomääräykset johtivat lukuihin, jotka olivat huomattavasti suurempia kuin tavallisen lyijyn atomipainon arvo. Hönigschmidin määräämä edellämainitusta toriitista saadun lyijyn tarkka yhdistymispaino on 207,77. Vieläkin edullisempi painosuhde Th/U = 67 oli eräässä tekijän vartavasten Norjasta hakemassa toriitissa. Analyysin mukaan sisälsi se 30,1,% toriumia, 0,45% uraania ja 0,35% lyijyä. Hönigschmid määräsi tekijän tästä toriitista eristämän lyijyn yhdistymispainon ja totesi sen olevan 207,99, mikä on korkein tähänastinen arvo.

93

Koska tämän lyijylajin täytyy sisältää joku määrä uraanilyijyä, voidaan helposti laskea, että toriumlyijyn (Th D:n) atomipaino on vähintään = 207,97 joka on likipitäen sama kuin toriumin atomipainosta (232,12) teoreettisesti tunnetulla tavalla johtuva (1. arvo 208,08. Mainittakoon vielä, että eräitten määrättyjen syitten nojalla, joita ei tässä yhteydessä voida tarkemmin selvittää, pidettiin torium D:tä aikoinaan pysymättömänä alkuaineena ja nytkään ei vielä ole ratkaistu kysymys, onko torium D tai sen molemmat mahdolliset komponentit täysin pysyviä. Sen nojalla, että on mahdollista saada kivennäisistä toriumlyijyä painollisissa määrissä, voidaan päätellä, että jos torium D, jota nykyisin pidetään yhtenäisenä alkuaineena, edelleen muuttuisi, niin sen puoliaika olisi vähintään 170 miljoonaa vuotta.

4. Tavallinen lyijy.

Eräästä Ceylonilta peräisin olevasta torianiitista, joka sisältää 68,9% toriumia ja 11,0% lyijyä, on Hönigschmid (26) eristänyt lyijylajin, joka ilmeisesti on toriumlyijyn ja uraanilyijyn seos, mutta jonka yhdistymispaino (207,2) kuitenkin on täsmälleen sama kuin tavallisen lyijyn atomipaino. (1. Vähentämällä 6 X 4,00 6:n α-osasen vuoksi sekä 0,04

energiahäviön aiheuttaman massahäviön vuoksi.

94

Tämä torianiittilyijy ilmaisee silti olevansa alkuperältään radioaktiivista, sillä sen aktiivisuus on sama kuin lyijyisotoopin radium D:n, joka on yhdessä sen kanssa erotettu kivennäisestä. Mutta 200:n vuoden kuluttua, Ra D:n, jonka puoliaika on ainoastaan 16 vuotta, käytännöllisesti kokonaan hajottua, ei tätä lyijyä voitaisi nykyisten kvalitatiivisten eikä kvantitatiivisten keinojen avulla millään tavoin erottaa tavallisesta lyijystä. Sen vuoksi on syytä kysyä, eikö kaikki tavallinen lyijy ole tällaista toriumlyijyn ja uraanilyijyn seosta. G. P. Baxterin ja F. L. Groverin tärkeä havainto, että seitsemän mineralogisilta ja maantieteelliselta alkuperältään hyvin erilaisen tavallisen lyijyn näytteen atomipaino on sama, kun koevirheet otetaan huomioon, todistaisi kuitenkin, että jos tavallinen lyijy on seos, niin sen kokoomus kuitenkin on kaikkialla sama. Tämä ei olisikaan niin ihmeellistä kuin miltä se ensi silmäyksellä voisi näyttää: koska sekä uraania että tooriumia on täytynyt olla olemassa ennen maankuoren jähmettymistä, olivat myöskin uraanilyijy ja toriumlyijy tällöin sulatteessa läsnä ja siten olisi ainoastaan oletettava niitten tasaisesti sekoittuneen, jotta tällä tavalla voitaisiin selittää tavallisen lyijyn vakinainen atomipaino.

95

Joskaan ei voida esittää mitään ratkaisevaa vastatodistetta, joka kumoaisi hypoteesin tavallisen lyijyn moniperäisestä luonteesta, ei myöskään ole olemassa mitään riittävän vakuuttavaa tosiseikkaa, joka sitä puolustaisi, ja sen vuoksi täytyy toistaiseksi pitää tavallista lyijyä erikoisena alkuaineena uraanilyijyn ja toriumlyijyn rinnalla. Lyijyplejadiin kuuluisi siten kolme punnittavassa määrässä saatavana olevaa alkuainetta:

Pb 206,0 Pb 207,2 Pb 208,0.

96

VII LUKU.

Isotooppisten alkuaineitten ominaisuudet. Vasta sen jälkeen kun onnistuttiin eristämään suurehkoja eriä isotooppisia lyijylajeja oli ensimmäisen kerran mahdollista välittömästi verrata isotooppien ominaisuuksia toisiinsa, ja tällöin havaittiin, mikä onkin aivan luonnollista, että näillä alkuaineilla on hyvin paljon samanlaisia ominaisuuksia. Erittäin suuri merkitys oli sillä seikalla, että voitiin todistaa isotooppien olevan kvalitatiivis-analyyttisessä suhteessa täydellisesti toistensa kaltaisia, kun taasen niitten valo-opillinen spektri ei ole aivan sama, joskin isotoopit tässäkin suhteessa ovat likipitäen yhtäläisiä. Paitsi sitä, että eri lyijylajien spektrien koko rakenne on sama, ovat myöskin vastaavien viivojen aaltopituudet käytännöllisesti samat.

97

Tosin on W. D. Harkinsin ja L. Aronbergin onnistunut todeta spektraaliviivan 405,8 µµ kohdalla Pb 207,2 :n ja Pb206,0:n välillä teoreettisesti sangen huomattava 0,00043 µµ suuruinen erotus; se on kuitenkin ainoastaan miljoonasosa absoluuttisesta arvosta. Tutkittaessa eri lyijylajien useita muita ominaisuuksia ei tähän asti ole voitu monessakaan suhteessa todeta niitten välillä minkäänlaisia eroavaisuuksia; tällaisia ominaisuuksia ovat esim. sähkökemiallinen jännitys, haihtuvaisuus, sulamispiste,

magnetoitumiskyky, suolaliuosten taiteindeksi, liuosten

diffuusionopeus j. n. e. (1. 1 µµ = 1/1000000 mm) Kuitenkaan eivät suinkaan kaikki näitten lyijylajien ominaisuudet ole samat. Koska isotooppien atomipainot ovat erilaiset, täytyy niitten välittömästi massasta riippuvien ominaisuuksien olla keskenään erilaisia. Näistä ominaisuuksista on tärkein tiheys kiinteässä olomuodossa. Th. W. Richards ja Ch. Wadsworth määräsivät eri lyijylajien sekä atomipainon että tiheyden (19,94°:ssa). Jakamalla atomipaino vastaavalla tiheydellä saadaan atomitilavuus, s. o. yhden gramma-atomin tilavuus.

Lyijylajit, Taulukko 8.

Lyijylajin atomipaino...206,085 | 206,34 | 207,20 Tiheys ............................11,273 | 11,288 | 11,337 Atomitilavuus ............... 18,281 | 18,280 | 18,276 Tulokset ovat esitetyt yllä olevassa pienessä taulukossa ja niistä voi huomata, että kolmen lyijylajin atomitilavuudet ovat samat, kun ottaa koevirheet huomioon, mistä voi päättää, että isotooppien erillisten atomien säteet ovat samat.

98

Mutta isotooppien tiheydet eivät ole samat, vaan ne ovat suoraan verrannollisesti riippuvaiset atomipainoista, niin että määräämällä isotooppien tiheys voidaan samalla suhteellisesti määrätä niitten atomipaino. Toisen tämäntapaisen esimerkin huomaamme tarkastelemalla isotooppisten lyijylajien nitraattien kyllästettyjä liuoksia. Isotooppien suolojen samanlainen liukenevaisuus, josta on seurauksena jaottaisen kiteytyksen avulla suoritettavan erottamisen mahdottomuus, merkitsee, että vastaavien suolojen kyllästettyjen liuosten yhtäsuurten tilavuusosien täytyy sisältää yhtäpaljon molekyylejä; s. o. näitten suolojen molaarinen liukenevaisuus on sama. Mutta koska kahden lyijylajin nitraattien molekyylipaino ei metallin atomipainon erilaisuuden vuoksi ole sama, ei myöskään kyllästettyjen liuosten yhtäsuurien tilavuusosien paino, s. o. liuoksien tiheys voi olla sama. Tämän totesivat tekijä ja M. Lembert: he havaitsivat, että 10cm ³ Pb:n 207,20 nitraatin liuosta painaa 4,4450g ja 10cm ³ Pb:n 206,59 nitraatin liuosta 14,4359g. Näistä kokeista saattoi tehdä sen johtopäätelmän, että näitten kahden lyijynitraatin molaarinen liukenevaisuus on 7/100:n promillen (absoluuttisesta arvosta) tarkkuudella sama. Tämän todensivat Richards ja W. C. Schumb myöskin välittömän analyysin avulla joskin hiukan pienemmällä tarkkuudella:

99

he havaitsivat 25,00°:ssa kyllästettyjen Pb 207,19:n ja Pb 206,84:n nitraattien liuosten pitoisuuden arvon olevan 1,7993 molea (1. (edellisellä) ja 1,7989 molea (jälkimmäisellä) Pb(NO₃)₂:ta 1000:tta vesigrammaa kohden, mitkä arvot, kun koevirheet otetaan huomioon ovat keskenään yhtäsuuret. Grammoissa lausuttu liukenevaisuus on luonnollisesti erilainen. Viimeksimainittua suoloja liukenee 1000:een vesigrammaan 595,95 g Pb 207,19 = (NO₃)₂ ja Pb 594,29 g Pb 206,84 = Pb(NO₃)₂. Siten myöskin kyllästettyjen liuosten tiheyden määrääminen tarjoo yksinkertaisen keinon isotooppien suhteellisten atomipainojen selvillesaamiseksi. Meidän täytyy siis erottaa isotoopeissa kaksi ominaisuuksien ryhmää: toiset, kuten kvalitatiiviskemialliset ja spektroskooppiset ominaisuudet, suolojen molaarinen liukenevaisuus, sähkökemiallinen jännitys, atomitilavuus ja sangen todennäköisesti vielä monet muutkin ominaisuudet ovat plejadin kaikilla jäsenillä, koko lyijytyyppi tai toriumtyyppiryhmällä, hyvin tarkoin samat.

Niitä voi sen vuoksi niınittää - plejadiominaisuuksiksi, - tyyppiominaisuuksiksi taikka myöskin - isotooppien yhteisiksi ominaisuuksiksi.

(1. Molella tarkoitetaan painomäärää jossa on molekylipainon

ilmoittama luku grammoja

100

Toiselta puolen on kullakin plejadin jäsenellä ja jokaisella isotooppien seoksella, jokaisella lyijylajilla oma ominainen atomipainonsa ja siten erikoinen kvantitatiiviskemiallinen suhtautuminen, omat radioaktiiviset ominaisuutensa, erikoinen tiheys kaikissa olomuodoissa, oma gramma/litroissa lausuttu liukenevaisuutensa j.n.e. Nämä ovat lajiominaisuuksia. Lajiominaisuuksiin nojautuen voidaan siis materia tarkemmin eritellä perusosiinsa kuin mitä yksinomaan tyyppiominaisuuksien perusteella on mahdollista. Kuitenkin ilmeni tekijän, luvussa XII esitettävän atomimallin sekä kiinteitä aineita koskevan nykyaikaisen teorian perustalla suorittamista tarkasteluista, että eri atomipainoisten isotooppien kaikkien ominaisuuksien, atomisydämen varausta (vrt. luvun XII toista osaa) lukuunottamatta, täytyy aina jonkun määrätyn verran erota toisistaan, joskin nämä eroavaisuudet ovat useimmiten hyvin pienet. Siten riippuu yksinomaan mittaamistarkkuudesta, voidaanko tämä eroavaisuus todeta vai eikö, joten ei ole olemassa mitään jyrkkää rajaa

tyyppiominaisuuksien ja lajiominaisuuksien välillä.

Mutta koska tällaisen eroavaisuuden toteamiseksi toisissa tapauksissa, esim. spektrissä ilmeneviä eroavaisuuksia (tyyppiominaisuus) määrättäessa, tarvitaan verrattomasti suurempaa mittaamistarkkuutta kuin toisissa, esim. tiheyttä (lajiominaisuus) määrättäessä, on tällainen ominaisuuksien ryhmitys käytännölliseltä kannalta oikeutettu ja toivottava.

101

VIII LUKU.

Äärimmilleen miedonnettujen aineitten kemialliset ominaisuudet. Kun oli todettu, että isotooppisilla alkuaineilla on sangen paljon jotenkin samanlaisia ominaisuuksia, oli mahdollista raivata tutkimukselle uusi, sangen mielenkiintoinen ala, joka käsittelee tavattoman pienin erin ja äärimmilleen ohennettuna esiintyvän aineen fysiikallisia ja kemiallisia ominaisuuksia. Tosinhan jo ennen isotooppiteorian laatimista oli saatu monenlaisia kokemuksia lyhytikäisten, mitättömän pienin erin esiintyvien radioalkuaineitten ominaisuuksista. Kuitenkaan ei tällaisiin havaintoihin perustuen voitu tehdä mitään yleisiä johtopäätelmiä, sillä koska kyseenäolevan radioalkuaineen kemiallista luonnetta ei tunnettu, ei voitu, kuten jo sivulla 55 mainittiin, ratkaista, mikä tai mitkä sen ominaisuuksista aiheutuvat sen vähäisestä konsentraatiosta ja mihin taasen on syynä sen kemiallinen luonne. Mutta sitten kun olemme saaneet tietää, että esim. torium B, jonka läsnäolo voidaan radioaktiivisesti helposti todeta, vaikka sitä olisi ainoastaan yksi biljoonasosa (1/1012) milligrammaa,

102

102 on lyijyplejadin jäsen, voimme sen ominaisuuksien nojalla tehdä johtopäätelmiä siitä, mitä ominaisuuksia olisi lyijyllä, jos se olisi yhtä äärimmilleen miedonnettu, siten laajenee tutkimuksen ulotteilla oleva konsentraatioala sangen huomattavasti. Tämän tapaisista, tietopiiriimme jo kuuluvista kokemuksista, jotka koskevat radioalkuaineitten haihdutusta, niitten sähkökemiallisia ominaisuuksia, niitten esiintymistä kolloidisessa tilassa ja varsinkin radioalkuainaitten pintapidätystä ja saostamista, käsitellään tässä lähemmin ainoastaan viimeksimainittuja ilmöitä, koska niitten tutkiminen on johtanut tuloksiin, jotka monessa suhteessa herättävät suurta mielenkiintoa. Pian sen jälkeen kun radioalkuaineet oli ryhmitetty jaksoittaiseen järjestelmään saattoivat tekijä ja P. Beer laatia lukuisten sekä vanhempien että omien uusien huomioittensa nojalla seuraavan säännön: radioalkuaine saostuu äärimmilleen miedonnetuista liuoksista

yhdessä mitä erilaisimpien sakkojen kanssa, jos nämä saostetaan olosuhteissa, jolloin kyseenä oleva radioalkuaine jos sitä olisi painollinen määrä läsnä, muodostaisi vaikealiukoisen suolan. Sitten huomasivat tekijä ja F. Richter lähemmin tutkiessaan torium B:tä, erästä lyijyplejadin jäsentä, että se saostuu yhdessä vismuttisulfidin, mangaanikarbonaatin tai bariumsulfaatin kanssa käytännöllisesti katsoen täydellisesti ja yhdessä hopeajodidin ja hopeakloridin kanssa osittain liuoksesta, kun se sen sijaan yhdessä nitronnitraatin kanssa pysyy melkein kokonaan liuoksessa.

103

Nyt ovat lyijyn sulfidit, karbonaatit ja sulfaatit vaikealiukoisia, sen nitraatit taasen helppoliukoisia suoloja, lyijykloridin ja lyijyjodidin ollessa välimuotoja. On siis olemassa ilmeinen rinnakkaisuus radioalkuaineen yhdessä erilaisten sakkojen kanssa ilmenevän saostuvaisuuden ja radioalkuaineen yhdessä saostuvan happotähteen (anionin) kanssa muodostaman yhdistyksen liukoisuuden kesken. Ilmeistä on, että tämän ensisilmäyksellä melkein itsestään selvältä näyttävän säännön nojalla voidaan tehdä johtopäätelmiä radioalkuaineen todellisesta kemiallisesta luonteesta sen perusteella, millä tavoin se suhtautuu saostamisreaktioissa yhdessä muitten alkuaineitten kanssa. Sen ovatkin tosin monet tutkijat jo ennen tämän säännön laatimista tehneet, esim. otettaessa selville aktiniumin ja poloniumin, joilla ei ole mitään painollisin määrin esiintyviä isotooppeja, kemiallinen luonne sekä niitten paikka luonnollisessa järjestelmässä; toiset tutkijat ovat kuitenkin epäillen suhtautuneet tällaisiin johtopäätelmiin. Ottaen huomioon saostamissäännön on kuitenkin varmaa, että nämä alkuaineet samoin kuin myöskin uraani X₂ ja protaktinium ovat sijoitetut oikeisiin paikkoihin jaksoittaisessa järjestelmässä. Niin itsestään selvä kuin saostamisääntö näköjään onkin, yhtä yllättäviä ovat ne tulokset, joihin sen välityksellä on johduttu. Esim. yhdessä vismuttisulfidin kanssa ei torium B suinkaan saostu sen vuoksi, että saostettaessa vallitsisivat edellytykset, jolloin Th B:n (lyijyn) vaikealiukoisen sulfidin kyllästymiskonsentraatiota olisi ylitetty.

104

Sillä voitiin näyttää, että radioalkuaine voi saostua, vaikka sen konsentraatio olisi ainoastaan biljoonasosa siitä, minkä sen tulisi olla, jotta kyllästymisaste saavutettaisiin. Ei myöskään voitu sakan ja mukana saostuneen radioaktiivisen suolan väliseen isomorfisuuteen nojautuen tyydyttävästi selittää kaikkia huomioita. Niin jäi se olettamus jälelle, että tällöin täytyy yhtenä vaikuttimena olla

radioalkuaineen pintapidättyminen saostuvan suolan ulkopinnalle.

Saostumissääntö sekä eräät F. Panethin (yhdessä K. Horovitzin kanssa) tekemät mielenkiintoiset huomiot radioalkuaineitten kolloidiseen tilaan muuttumisesta antoivat hänelle aiheen erilaisten aineitten avulla tutkia radioalkuaineitten pintapidättymistä, ja hänen onnistuikin johtaa saostumissääntöä vastaava pintapidättymissääntö. Sen mukaan ne alkuaineet pidättyvät pintaan hyvin, joitten yhdessä pintapidättävän kiinteän aineen elektronegatiivisen osan (happotähteen) kanssa muodostamat yhdistykset ovat vaikealiukoisia kyseessäolevaan liuottimeen. Niinpä esim. eriää Th B melkein kokonaan liuoksestaan pudisteltaessa sitä yhdessä bariumsulfaattijauheen kanssa. Saostumissääntö voidaan siten johtaa pintapidättymissäännöstä. Jälkimmäinen menee kuitenkin pitemmälle kuin edellinen.

105

Kun nimittäin Fajansin ja Beerin laatima saostumissääntö ei ratkaise, onko elektronegatiivinen osa, joka muodostaa yhdessä radioalkuaineen kanssa vaikealiukoisen yhdistyksen, liuoksessa vaiko sakassa, jotta saostuminen voisi tapahtua (Useimmiten on sitä saostettaessa kummassakin), on Panethin pintapidättymisäännön mukaan

ratkaiseva merkitys ensisijassa pintapidättävän sakan eikä

liuoksen kemiallisella luonteella.

Tämän käsityskannan todenmukaisuus voitiin näyttää myöskin saostumisilmiöissä: nitronnitraatti ei saosta Th B:tä, vaikka liuos sisältäisikin ammoniumsulfaattia; jotta pintapidättyminen ja saostuminen tapahtuisi, ei siis riitä, että sulfaattiryhmä on liuoksessa, vaan sen täytyy vielä lisäksi, kuten bariumsulfaatissa, olla myöskin sakassa. Panethin pintapidättymissääntö on senkin vuoksi erittäin huomattava, että se on läheisessä yhteydessä kiteitten rakennetta ja niitten pinnoilla vaikuttavia voimia koskevien uusimpien käsityskantojen kanssa. Voidaan toivoa, että tarkoin tutkimalla radioalkuaineitton saostumista ja pintapidättymistä edistetään näitäkin tutkimuksia.

106

IX LUKU.

Radioalkuaineet indikaattoreina. Myöskin useitten muitten yleisen kemian alaan kuuluvien kysymysten käsittelyyn on radioaktiivisten isotooppien huomioonottamisella ollut arvokas vaikutus, kuten seuraavista esimerkeistä ilmenee. Sangen vaikealiukoisten suolojen, esim. lyijykromaatin, liukenevaisuuden määrääminen tavallisin analyyttisin keinoin ei ole mahdollista, ja se voidaan suorittaa ainoastaan likimääräisesti kyllästetyn liuoksen sähkönjohtokyvyn määräämiseenkin perustuen. Käyttämällä sitä tosiseikkaa hyväksi, ettei radium D:tä (eikä torium B.tä) voida minkään kemiallisen menettelytavan avulla erottaa lyijystä, saattoivat G. v. Hevesy, F. Paneth ja Elisabeth Róna seuraavalla tavalla määrätä lyijykromaatin liukenevaisuuden. Liuoksesta, joka paitsi tiettyä painomäärää lyijyä sisälsi myöskin elektroskooppisesti mitatun paljouden radium D:tä, saostettiin tämä isotooppiseos kromaattina. Näin saatua sakkaa, joka oli Ra D:n kromaattia indikaattorina

107

sisältävää lyijykromaattia, pudisteltiin yhdessä veden kanssa kunnes kyllästymisaste saavutettiin ja sitten tämän kyllästetyn liuoksen, joka tuskin sisälsi painollisia jälkiä lyijykromaatista, Ra D pitoisuus tutkittiin radioaktiivisesti. Koska isotooppien eroamattomuuclen vuoksi Ra D:n ja lyijyn ainemäärien suhde oli sama sekä alkuperäisessä että lyijykromaatilla kyllästetyssä liuoksessa, voitiin helposti laskea viimeksimainitun lyijypitoisuus ja siis lyijykromaatin liukenevaisuus. Sen huomattiin olevan 2 x 10⁷ mol/litra. Tämä periaate on tällaisten pulmien ratkaisemiseen erikoisen sopiva sekä sen vuoksi, että absoluuttisesti radioaktiivisesti määrättävissä olevat radioalkuaineitten paljouserät ovat niin tavattoman pieniä, että myöskin siksi, että ionisaatiovirtojen voimakkuuteen perustuvien radioaktiivisanalyyttisten menettelytapojen asteikko on tavattoman laaja: niinpä voidaan yhtä tarkasti todeta ja mitata 1g kuin 1/100000 grammakin radiumia. Tämän seikan ansiota on, että F. Panethin oli mahdollista radioaktiivisten keinojen avulla todistaa vismuttivedyn olemassaolo; tätä ainetta oli jo kauan etsitty. Hän keräsi magnesiumlevylle toriumemanaation aktiivista kerrostumaa ja liuotti siten muodostuneen torium B:n (lyijylaji), torium C:n (vismuttilaji) ja magnesiumin lejeerauksen miedonnettuun happoon. Paneth osoitti, että tästä reaktioseoksesta kehittyy, paitsi vetyä, myöskin erästä radioaktiivista kaasua, jonka aktiivisuus emaanaatioitten tutkimista varten tarkoitetussa elektroskoopissa väheni torium C:n puoliajan (1 tunti) mukaan;

108

Tätä uutta kaasua voitiin pitää ainoastaan Th C:n vetyyhdistyksenä, joten oli siis todistettu, että vismutintyyppinen alkuaine yhdistyy vedyn kanssa yhdistykseksi (luultavasti BiH3:ksi). Vety-yhdistyksessään todettu Th C:n paljouserä oli yksi tai kaksi tuhannesosaa magnesiumlevyllä olleesta Th C-määrästä; tämä huono saalis selittää osaksi, miksi tähän asti on ollut niin vaikeata valmistaa painollisia eriä vismuttivetyä. Mutta sen jälkeen kun radioaktiivisten menetelmien avulla oli käynyt mahdolliseksi löytää vismutintyyppisen alkuaineen vety-yhdistyksen edullisimmat valmistamisedellytykset ja selvittää sen ominaisuudet, onnistui Panethin ja E. Winternitzin myöskin tavallisesta vismutista valmistaa painollisia eriä sen kaasumaista vety-yhdistystä. Samalla tavalla on Paneth löytänyt myöskin lyijyvedyn. Tällaisten radioaktiivisten indikaattorien avulla saattoivat V. Hevesy y.m. mitata myöskin lyijyatomien diffuusionopeuden sulassa lyijyssä sekä lyijyionien diffuusionopeuden kiteytetyssä lyijykloridissa.

109

X LUKU,

Tavallisten alkuaineitten isotopia. Eräässä edelläolevassa luvussa mainittiin, että tavallinen lyijy mahdollisesti on uraanilyijyn ja toriumlyijyn seos. Se tosiasia, että tavallinen lyijy kemiallisessa suhteessa on aivan yhtenäisen alkuaineen kaltainen, ei suinkaan ole tämän olettamuksen kanssa ristiriidassa, sillä isotooppiseostahan ei voida hajoittaa tavallisin kemiallisin erottamiskeinoin. Samasta syystä voi olla mahdollista, että lukuisat muutkin nykyään alkuaineina pidetyt aineet tedellisuudessa ehkä ovatkin isotooppien seoksia, ja tämä olettamus tuntuu erittäin houkuttelevalta, kun muistetaan ne vaikeudet (ks. siv. 20), joihin takerruttiin yritettäessä kauttaaltaan soveltaa Proutin hypoteesia Ovathan radioaktiiviset hajoamisilmiöt todistaneet, että yhtenä radioaktiivisen atomin yhdysosana on helium. Näyttäisipä siltä, kuin tämä sama seikka pitäisi paikkansa myös keveitten alkuaineitten suhteen: kahdessa alkuainesarjassa

Li, B, (N), F, Na, Al, P sekä He, (Be), C, Ne, Mg, Si, S

vastaa kahden ryhmän suuruista siirtymää jaksoittaisessa järjestelmässä neljän yksikön suuruinen atomipainon muutos, aivan samoin kuin α-muutoksissakin.

110

Mutta myöskin vety on yhdysosana muissa atomeissa (vrt, XIII). On siis sanıgen lähellä ajatus uudelleen hyväksyä Proutin hypoteesi ja koettaa lausua kaikkien alkuaineitten atomipainot vedyn (1,008) ja heliumin (4,00) atomipainojen kokonaiskerrannaisten summana. Tämäntapainen laskelma epäonnistuu kuitenkin täydellisesti koetettaessa sitä soveltaa eräisiin tiettyihin alkuaineisiin, joita ovat varsinkin magnesium (ap 24,32) ja klori (ap. 35,46). Sen vuoksi heräsi ajatus, että nämä mainitut aineet ehkä ovatkin sellaisten isotooppien seoksia, joitten atomipainot voi ilmaista kaavalla m x 1,008 + n x 4,001. (m ja n ovat kokonaislukuja) Tämän hypoteesin todenmukaisuutta voidaan kokeellisesti tutkia, sillä vaikkakaan isotooppiseosta ei voi tavallisin fysiikallisin tai kemiallisin keinoin hajoittaa seososiinsa, niin sen täytyy onnistua käytettäessä sellaisia erottamismenetelmiä, jotka perustuvat isotooppien massojen erilaisuuteen. Ennen kaikkea on tällöin mainittava kaasumaisessa olotilassa tapahtuva diffuusio, jonka nopeus määrätyssä lämpötilassa, kuten tunnettu, riippuu kaasun molekyylipainosta. Antamalla diffuusion tapahtua jaoittelevasti voidaan isotoopit sen avulla osittain erottaa toisistaan.

111

Edelleen on syytä tässä vähän tarkemmin selostaa sähkömagneettiseen kanavasäde-analyysiin perustuvaa mielenkiintoista menettely tapaa.

Kanavasäteet Kanavasäteet eli, niinkuin niitä myös nimitetään, positiiviset säteet

ovat positiivisesti varautuneita kaasuosasia, jotka hyvin ohennettua kaasua sisältävissä purkautumisputkissa (A kuvassa 4) kiitävät suurella nopeudella kohti negatiivista kohtiota (katodia C) kulkien siis päinvastaiseen suuntaan kuin katodisäteet katodin läpi ne voivat päästä siinä olevan kanavan kautta.

Kuva 4 Laite kanavasäteitten synnyttämiseksi

Jos nämä kanavasädeosaset edelleen kulkiessaan joutuvat sähköiseen (L, M) ja magneettiseen (P, Q) kenttään, niin ne poikkeavat suoraviivaiselta radaltaan. Kohtisuoraan säteitten alkuperäistä etenemissuuntaa vastaan asetetun valokuvauslevyn (H) avulla voidaan mitata tämän poikkeamisen suuruus, joka riippuu näitten osasten varauksen (E) suhteesta niiden massaan (m) sekä myöskin niitten nopeudesta. Kun nämä kentät asetetaan määrättyyn keskinäiseen asentoon, niin syntyy levylle sarja paraabeleita, joista kukin yhdistää niitten osasten jäljet (s. 0. niiden levylle tekemät merkit), joilla on sama E/m ja eri nopeudet.

112

Koska, kuten Sir J. J. Thomson on osoittanut, paraabelien alkupisteen ja alkuperäisen säteensuunnan jäljen (pyöreä pilkku kuvassa 5) etäisyydestä levyllä useinkin voidaan saada selville varauksen E suuruus,

Kuva 5 Kanavasäteet Ilmakehän jalokaasujen seoksessa

(se on sähköerkaleen kokonaiskerrannainen) on tämän menetelmän avulla mahdollista määrätä kaasuosasen massan m -suuruus. Kuva 5 esim. esittää levyä, jonka Thomson sai tutkiessaan ilmakehässä olevien keveitten jalokaasujen seosta. Isotoopeilla on nyt erisuuret massat m, niin että niitten vaikutuksesta täytyy levylle muodostua eri paraabeleja, joten, paitsi niitten toteamista, myöskin niitten erottaıninen toisistaan on periaatteellisesti mahdollista. Tämän menetelmän avulla on jo saatu muutamia ratkaistavanamme olevalle probleemille tärkeitä tuloksia.

113

Viereen kuvatusta levystä Thomson havaitsi, että normaalisen, neonia, jonka atomipaino on 20, vastaavan paraabelin vieressä on toinen, heikompi, joka ilmeisesti muodostuu toisen kaasun vaikutuksesta, jonka atomipaino on 22 ja jolle annettiin nimeksi metaneon. F. W. Aston koetti myöskin toisia keinoja käyttäen erottaa neonin metaneonista. Kaikki kemialliset menetelmät, jaoitteleva haihdutuskin, johtivat kuitenkin kielteisiin tuloksiin ja ainoastaan edellämainittua menetelmää jaoittaisdiffuusiota käyttämällä voitiin, tiheysmääräyksiin perustuen, päätellä jakaantumissn tapahtuneen. Aston itse ei silti ollut aivan varma siitä, oliko tutkittavana oleva kaasu todellakin jakaantunut.

Kanavasädemittauksen kehitys

Nyttemmin on Aston kuitenkin, kuten hän on vasta eräässä lyhyessä tiedonannossaan ilmoittanut, onnistunut kehittämään kanavasädeanalyysiä siksi paljon, että hän on saattanut varmuudella todeta ilman sisältämän tavallisen neonin, atomipainoltaan 20,2, olevan seoksen. minkä muodostavat kaksi isotooppista alkuainetta, joitten atomipainot yhden promillen tarkkuudella ovat 20,00 ja 22,00. Edelleen on Aston tällä huomattavasti parantamallaan menetelmällä saanut toisenkin tavattoman mielenkiintoisen tuloksen. Hän totesi. että kloori, joka myöskin jyrkästi poikkeaa Proutin hypoteesin edellyttämästä säännönmukaisuudesta, onkin itse asiassa kahden alkuaineen seos joitten atomipainot ovat 35 ja 37.

114

Tätä Astonin olettamusta tuki jo heti ensimmäisessä tiedonannossa se seikka,että hän sai sekä yhden varauksen että kaksi varausta omaavalla klooriatomille kummallekin kaksi viivaa, joitten voimakkuuksien suhde oli sama kuin kolmen tai neljän suhde yhteen. Sama huomio tehtiin myöskin varautuneesta HCl-molekyylistä sekä varautuneesta 0001 osasesta (käyttämällä fosgeenia, COOIH). Sittemmin julkaistu menetelmän tarkempi selostus (vrt. liitettä, siv. 164) on poistanut kaikki epäilyt. Sen mukaan olisi siis luku 35,46, joka niin suurella huolella on määrätty kloorin atomipainoksi, ainoastaan kahden muun, paljon suuremman luonnontieteellisen merkityksen omaavan luvun keskiarvo. Ensi katsannolta näyttää yllättävältä, että nykyhetkeen saakka on aina tavattu kloorin molemmat yksinkertaiset yhdysosat samoissa suhteissa toisiinsa sekoittuneina. Tähän ovat syynä samankaltaiset seikat kuin nekin, joista jo lyijyn (s. 93) yhteydessä on ollut puhe. Emme tosin tunne klooriplejadin kahden jäsenen kehitysvaiheita, mutta silti on varmaa, että suurin osa näitten aineitten nykyään maanpallolla olevista määristä on peräisin paljon ennen kiinteän maankuoren kovettumista vallineelta aikakaudelta, joten nämä kaksi alkuainetta ovat sekoittuneet toisiinsa niin tarkoin maan ollessa vielä sulassa, ehkäpä kaasumaisessakin tilassa, että se tekee asian täysin ymmärrettäväksi. Ainoastaan milloin isotoopit ovat syntyneet vasta maankuoren jähmetyttyä, kuten esim, toriumlyijy ja uraanilyijy, on syytä olettaa tapaavansa niitä erillään toisistaan.

115

Astonin keksintö tukee Proutin Hypoteesia

Astonin keksinnön vaikutuksesta on poistunut yksi kaikkein voimakkaimpia aiheita, joka aikoinaan oli syynä Proutin hypoteesin syrjäytymiseen. Erittäin markillepantavaa on, että kahden neonplejaadin jäsenen välillä vallitsee 2:n yksikön atomipainoero samoin kuin vastaavien klooriplejaadinkin jäsenten välillä; tämä ero on yhtäsuuri kuin torium ja uraanisarjojenkin isotooppisten jäsenten välinen atomipainoero esim. Ra Em = 222, Th Em = 220, uraanilyijy = 206, toriumlyijy = 208. Radioaktiivisten alkuaineitten luonnolliseen järjestelmään sovittamisen johdosta on tämän kirjoittaja esittänyt sen olettamuksen, etteivät uraanilyijy ja toriumlyijy olisikaan radioaktiivisten sarjojen todelliset lopputulokset, vaan ainoastaan niitten ensimmäisiä jäseniä, joitten edelleen muuttuminen tapahtuu siksi hitaasti, ettei sitä voida mitata radioaktiivisten menetelmien avulla. Jos nämä sarjat siten jatkuisivat koko luonnollisen järjestelmän läpi aina keveimpiin alkuaineisiin saakka, niin tuntisimme jo ennestään "uraanikloorin" ja "tooriumkloorin" samoinkuin myös "uuraanineonin" ja "toriumneonin". Vertailemalla atomipainoja toisiinsa saadaan lisäksi selville, että paitsi pelkkien heliummuuttumisten välityksellä liittyvät kloori ja neonplejaadin jäsenet toisiinsa vielä lisäksi vähintäin yhdellä "vetymuunnoksella".

116

XI LUKU.

Alkuaineitten järjestysluvut. Isotooppisten alkuaineitten keksiminen on epäämättömänä todisteena siitä, että on olemassa alkuaineita, joilla, huolimatta erilaisista atomipainoistaan, on hyvin samanlaiset kemialliset ja spektroskooppiset ominaisuudet. Atomipaino ei siis yksikäsitteisesti määrää alkuaineitten ominaisuuksia, kuten on aina luonnollisen järjestelmän laatimisesta saakka otaksuttu, eikä sitä myöskään voida ottaa alkuaineitten systematiikaan ainoaksi perustaksi. Tällöinhän voisi näyttää lähinnä siltä, että näitten johtopäätelmien vuoksi luonnollisen järjestelmän arvo tulisi hyvin epäluotettavaksi. Luonnollisen järjestelmän suuri arvo pysyy kuitenkin aivan ennallaan. jos tarkasteluissa asetetaan etusijalle atomipainon asemesta eräs toinen alkuaineen ominaisuus, nimittäin sen järjestysluku, jota toisinaan sanotaan myöskin perusluvuksi. Se on luku, joka saadaan, kun alkuaineet numeroidaan järjestyksensä mukaan luonnollisessa järjestelmässä, siis vety = 1. helium 0 2 j. n. e., aina uraaniin = 92 saakka (vrt. taulukkoa 9).

117

Että tällä luvulla on oma erikoinen merkityksensä, ja että on olemassa keinoja sen määräämiseksi luonnollisesta järjestelmästä riippumatta, siitä ovat ennen kaikkea todisteena n.s. luonteenomaisten röntgensäteitten aallonpituuksien perustavaa laatua olevat mittaukset, jotka ovat ensi sijassa H. G. Moseleyn ansiota. Vuonna 1912 tekivät M. v. Laue ja hänen apulaisensa W. Friedrich ja P. Knipping sen erikoisen tärkeän havainnon, että kiteitten läpi kulkevissa röntgensäteissä on havaittavissa interferenssi-ilmiö. Paitsi sitä, että tämä havainto epäämättömästi todisti röntgensäteitten olevan aaltoliikettä, voitiin sen avulla myöskin tarkasti määrätä erilaisissa olosuhteissa syntyvien röntgensäteitten aallonpituus, mikä on erikoisesti W. M. ja W. L. Braggin tutkimusten ansiota. Tällöin ilmeni, että näitten säteitten aallonpituus vähenee samalla

kuin niitten läpitunkeutumiskyky (kovuus) suurenee.

Oh. G. Barkla'n tutkimusten nojalla tiedettiin jo, että jokainen alkuaine säteilee röntgen tai katodisäteitten vaikutuksesta itsekin röntgensäteitä, joitten kovuus on kullekin alkuaineelle ominainen. Näitten säteitten kovuus yleensä suurenee alkuaineitten atomipainon suuretessa.

K ja L -säteily

Alkuaineilla, joitten atomipainot ovat korkeitten ja matalien arvojen välillä, voitiin havaita olevan kaksi luonteenomaista sädelajia. Ne voidaan helposti erottaa toisistaan niitten erilaisen kovuuden vuoksi.

118

Kuva 6 Alkuaineitten L-sarjan röntgenspekrit

Kova K-säteily ja pehmeä L-säteily: Alkuaineilla, joilla on

alhainen atomipaino, ainoastaan K-säteily. Korkea-atomipainoisilla

on havaittavissa yksinomaan L-säteily. Moseleyn kideinterferenssimenettelytavan avulla suorittamat tutkimukset, joita sittemmin M. Siegbahn y.m. ovat oleellisesti laajentaneet, ovat osoittaneet, että jokainen sellainen K tai L-säteily samoinkuin Siegbahnin nyttemmin erikoisen korkea-atomipainoisilla alkuaineilla havaitsema vieläkin pehmeämpi M-säteily voidaan hajoittaa viivaspektreiksi (vrt. kuviota 6), joitten rakenne mitä erilaisimmilla alkuaineilla on samanlainen.

119

Kuva 7 Alkuainitten järjestysluku ja röntgensädespektri

120

Niinpä esim. K-säteilyssä on yleensä neljä viivaa, joitten aallonpituudet ovat hyvin lähellä toisiaan, L-säteilyssä on suunnilleen 12 viivaa. Nyt on eri alkuaineitten toisiaan vastaavien viivojen aallonpituus

(Ɣ) ja samoin niitten käänteisarvo, värähdysluku, mitä

yksinkertaisimmalla tavalla yhteydessä alkuaineitten

järjestysluvun kanssa. (Moseley 1913.) Kuviossa 7 ovat alkuaineet sijoitetut yhtäpitkien välimatkojen etäisyydelle luonnollisen järjestelmän järjestykseen, abskissaksi on siis valittu alkuaineitten järjestysluku, kun taasen ordinaattana on analogisten viivojen värähdyslukujen neliöjuuret. Kuten kuviosta voidaan huomata, ovat pisteet, jotka edustavat K-, L (Kuvio 6. α₁) ja M-säteitten voimakkainta viivaa, likipitäen samalla suoralla viivalla. Atomipainoihin ei kuitenkaan luonteenomaisten röntgensäteitten värähdysluku ole yksinkertaisessa suhteessa, ja siten on esim. jodin värähdysluku suurempi kuin tellurin, huolimatta siitä, että edellisen atomipaino on pienempi (126,92) kuin jälkimmäisen atomipainon (127,5), aivan vastaten sitä säännötöntä sarjajärjestystä, jonka mukaan nämä alkuaineet kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi on ollut pakko sijoittaa luonnolliseen järjestelmään. Samoin on nikkelin ja koboltin laita. Lisätodiste siitä, ettei röntgensäteitten värähdyslukua määrää ensi sijassa atomipaino, vaan, samoin kuin kemiallisetkin ominaisuudet, aineen paikka järjestelmässä, s. o. järjestysluku, ilmenee seuraavasta.

121

Sir Ernest Rutherford ja E. da C. Andrade ovat näyttäneet, että lyijyplejadin lyhytikäisen jäsenen radium B.n (atomipaino = 214) säteilemien Ɣ-säteitten aallonpituus on sama kuin lyijyn (atomipaino = 207) luonteenomaisten röntgensäteitten aallonpituus. M. Siegbahnin mukaan ovat myöskin Pb:n 206,0 ja Pb:n 207,2 röntgenspektrien aallonpituudet samat puolen promillen tarkkuudella absoluuttisesta arvostaan. Luonteenomainen röntgenspektri on siis samoin kuin tavallinen valo-opillinen spektrikin tyyppiominaisuus ja sen avulla voitaneen siis saman plejadin jäsenet erottaa toisistaan vain vieläkin suurempaa tarkkuutta käyttäen. Järjestyslukuna samoin kuin myöskin siitä yksikäsitteisesti riippuvaa kemiallista tyyppiä määrättäessä on kuitenkin röntgenspektroskopialla jo nytkin huomattava merkitys ja viimeisessä luvussa palaamme vielä erinäisiin sen antamiin tuloksiin, jotka kemiallisen alkuaineopin kannalta ovat tärkeitä. Lähinnä käsitellään tässä kuitenkin kysymystä siitä, mikä syvällinen fysiikallinen merkitys tällä järjestysluvulla on.

122

XII LUKU

Atomien rakenne. Voidaksemme vastata edellisessä luvussa esitettyyn kysymykseen, on meidän kiinnitettävä huomiomme nykypäivinä mielenkiinnon keskuksena olevaan, atomien rakennetta koskevaan kysymykseen, joka viimeisinä vuosina on ottanut ratkaisevan askeleen. Vaatii oman erikoisen kirjansa, jotta olisi mahdollista esittää tärkeimmätkään tällä alalla jo saavutetut tulokset; meidän on tässä sen vuoksi rajoituttava puhumaan ainoastaan siitä, mikä on välttämätöntä radioaktiivisuuden ja kemiallisen alkuaineopin välillä vallitsevan suhteen käsittelemiseksi. Nykyään vallitsevan, atomien rakennetta koskevan mielipiteen lähtökohtana on Sir Ernest Rutherfordin ehdottama atomimalli, jonka hän vuonna 1911 aluksi esitti selvittääkseen α-säteitten ominaisuuksia niitten kulkiessa materian läpi (vrt. XIII). Tätä mallia kehitti edelleen Niels Bohr (1913) yhdistämällä sen Planckin erkale-teoriaan niin onnellisesti, että se yhdellä iskulla tuli spektriviivojen sekä monien muitten ilmiöitten teorian perustaksi.

123

l. Yleisiä käsitteitä.

Rutherford-Bohrin atomiınalli johtaa atomin rakenteen positiivisesta ja negatiivisesta sähköstä. Sen mukaan muodostaa jokaisen alkuaineen atomin positiivisesti varautunut keskus, ydin, jota negatiiviset elektronit ympäröivät Atomin ollessa sähköttömässä tilassa on negatiivisten elektronien varausten summa yhtä suuri kuin atomiytimen varaus. Atomiytimen mittasuhteet ovat hyvin pienet (sen säde on 10⁻¹²cm); äärimmäisen elektronin etäisyys atomiytimestä on atominsäde ja sen suuruus on 10⁻⁸cm. Jotta voitaisiin selittää minkä vuoksi negatiiviset elektroonit, huolimatta positiivisen atomiytimen vetovoimasta pysyvät siitä erillään, täytyy olettaa, että ne ovat kiertoliikkeessä atomiytimen ympärillä. Atomia voidaan siis määrätyssä mielessä verrata pieneen aurinkokuntaan. Ainoastaan yksinkertaisimmista atomimalleista (vetyja heliumatomi) tiedetään, millä tavalla elektronit ovat järjestyneet atomiytimen ympärille; tällöin nimittäin elektroonit kiertävät ympyrä tai ellipsiratoja atomiytimen ympäri. Varmaa on, että monimutkaisen atomin monilukuiset elektroonit eivät sijaitse yhtä etäällä atomiytimestä, vaan ovat useilla samankeskeisillä ympyränkehillä taikka, kuten nykyään pidetään todennäköisenä, ne ovat jakautuneet monien avaruuskuvioitten, puolipallojen tai kuutioitten, nurkkauksiin.

124

Kemialliset ja monet fysiikalliset ominaisuudet riippuvat ensi sijassa atomien ulkoelektronien sijoituksesta; niinpä esim. metallin valenssi riippuu metalliatomista helposti irtautuvien elektronien lukumäärästä. Myöskin tavallisen valospektrin muodostuminen on yhteydessä ulkoelektronien paikallisten muutoksien kanssa siten, että elektroni, joka on siirretty normaaliselta radaltaan toiselle, atomiytimestä kauempana olevalle, jolloin tapahtuu energianlisäys, luovuttaa, palautuessaan entiselle radalleen, energianlisiänsä spektriviivana. Samalla tavalla ajatellaan luonteenomaisen röntgenspektrin syntyvän, ainoastaan sillä erotuksella, että tämän viimeksimainitun ilmiön aiheuttajiksi oletetaan lähellä atomiydintä sijaitsevat elektronit. Atomin massa ja sen radioaktiiviset ominaisuudet ovat yhteydessä vieläkin sisempien alueitten, nimittäin atomiytimen itsensä kanssa. Negatiivisen elektronin massa on ainoastaan 1/830:s osa vetyatomin massasta. Nyt on olemassa kokonainen sarja ilmiöitä, jotka tukevat sitä olettamusta, että eri alkuaineitten atomien negatiivisten elektronien luku vastaa suuruudeltaan kyseenäolevan atomin atomipainon suuruusastetta, ollen esim. vetyatomissa yksi, Siten täytyy atomin massan pääosan olla sidottu positiiviseen sähköön, s.o. Rutherfordin atomimallin perustalla atomin positiiviseen ytimeen. Sen mukaan täytyy radioaktiivisissa muuttumisilmiöissä positiivisten α-osasten, joilla on positiivinen varaus ja huomattava massa, sinkoutua radioaktiivisten atomien sydämestä.

125

Selitettäessä radioaktiivisia ilmiöitä tältä kannalta on mahdollista

ymmärtää, minkä vuoksi niihin, päinvastoin kuin kemiallisiin

ilmiöihin, ei voida vaikuttaa.

Edellisethän tapahtuvat atomin sisimmässä, jälkimmäiset

sen sijaan atomin pinnalla.

Sen vuoksi oletetaan, että myöskin β-muuttumisilmiöitten tapahtuessa, jotka samalla tavalla vastustavat ulkoa tulevia vaikutuksia, radioalkuaineet luovuttavat itsestään negatiivisia elektroneja. Atomiytimien, ainakin useimpien radioaktiivisten atomien ytimien, täytyy sisältää siten myöskin negatiivisia elektroneja. Atomiytimen positiivinen varaus olisi siis atomiytiınen muodostavien positiivisten ja negatiivisten osasten algebrallinen summa.

2. Atomiytimen varaus.

Eri alkuaineitten atoıniydinten positiivisen varauksen suuruutta koskeva peruskysymys saa vastauksensa siitä A. van den Broekin (1913) ensimmäisenä lausumasta mielipiteestä, jonka mukaan sähköerkaleissa lausuttu atomiytimen positiivinen varaus on yhtä suuri kuin kyseenäolevan alkuaineen järjestysluku. Ja sehän saadaan luonnollisen järjestelmän avulla taikka käyttämällä edellisessä luvussa selostettua Moseleyn röntgenspektrisääntöä, joka antaa yksikäsitteisemmän tuloksen kuin edellinen menettelytapa.

126

Vedyn järjestysluku 1 merkitsee siis, että vetyatomin ytimellä on ainoastaan yksi positiivinen varaus, että siis vetyatomin muodata yksi positiivinen sähköerkale, jota kiertää yksi negatiivinen elektroni. Jos vetyatomi kadottaa tämän negatiivisen elektronin, on jälellejäävä atomiydin, yhden positiivisen varauksen omaava vetyioni, pienin tunnettu positiivinen varaus. Tähän näyttää vetyatomin massa eroittamattomasti sitoutuneen, sillä vetyioni on kevyin positiivisesti varautunut osanen, mikä tähän asti on voitu huomata. Tämän "positiivisen elektronin" massa on siis 1830 kertaa suurempi kuin negatiivisen elektronin massa. Ylläselostetun, vetyatomin rakennetta koskevan olettamuksen todenmukaisuutta voi tuskin epäillä, sillä Bohr on onnistunut tarkoin selittämään vedyn spektrin muodostumisen tähän hypoteesiin nojautuen ottaen erkaleteorian avuksi. Luonnollisessa järjestelmässä seuraa vetyä helium, jonka järjestysluku on 2, ja van den Broekin hypoteesin mukaan pitäisi sen atomiytimellä olla kaksinkertainen positiivinen varaus, mikä on mitä paraassa sopusoinnussa Rutherfordin olettamuksen kanssa, että heliumydin on sama kuin α-osanen. Eikä ainoastaan tämä radioaktiivinen peruste tue sitä olettamusta, että heliumatomin muodostaa kaksinkertaisen positiivisen varauksen omaava atomiydin ja kaksi negatiivista elektronia, vaan vielä enemmän se seikka, että Bohr ja A, Sommerfeld onnistuivat tämän mallin avulla selittämään heliumspektrin hienoimmatkin yksityiskohdat.

127

Litiumin järjestysluku ja siis myöskin sen atomiytimen varaus on 3, berylliumin 4 j.n.e. aina uraaniin saakka, jonka atomiytimen varaukseksi on oletettu 92. Näitten lukujen oikeaperäisyys on joittenkin alkuaineitten suhteen kokeellisesti todettu, tutkimalla niitten vaikutusta α-osasten liikkeeseen. Moseleyn keksimä suhde alkuaineen järjestysluvun ja sen luonteenomaisen röntgenspektrin viivojen aallonpituuden välillä on edelleen takeena siitä, että edettäessä luonnollisessa järjestelmässä sijasta sijaan atomiytimen varaus suurenee kohoavien järjestyslukujen suunnassa kulloinkin yhden yksikön verran, mikä täysin vastaa van den Broekin hypoteesia. Sillä van den Broekin hypoteesiin nojautuen saattoivat Moseley ja varsinkin Sommerfeld laajentaa tavallisissa spektreissä niin erinomaisesti paikkansa pitäneen Bohrin teorian myöskin röntgenspektreihin ja tällöin he samalla selittivät näitten spektrien rakenteen sekä Moseleyn keksimän suhteen.

3. Siirtymäsääntöjen ja isotopian selitys.

Näitä käsityksiä tukevat edelleen, kuten Bohr ja Soddy ovat esittäneet, siirtymäsäännöt ja isotooppisten alkuaineitten olemassaolo.

128

Itse asiassa, kun siirtyminen lähinnä edelliseen ryhmään luonnollisessa järjestelmässä, s.o. järjestysluvun aleneminen yhden yksikön verran, vähentää atomiytimen positiivista varausta yhden sähköerkaleen verran, niin täytyy, radioaktiivisen atomin ytimen luovuttaessa kahdenkertaisen positiivisen varauksen omaavan α-osasen, siitä olla seurauksena siirtyminen kahta ryhmää aikaisempaan ryhmään luonnollisessa järjestelmässä. Koska toiselta puolen atomiytimen positiivinen kokonaisvaraus suurenee yhden yksikön verran atomisydämen kadottaessa yhden negatiivisen varauksen omaavan β-osasen (1., täytyy β-muuttumisilmiöstä olla seurauksena siirtyminen lähinnä seuraavaan ryhmään. Näin tehdyt johtopäätelmät sisältävät juuri samaa kuin siirtymäsäännötkin. Siitä on seurauksena, että kun radiumin, radioaktiniumin ja radiotoriumin (taulukko 5) muuttuessa, normaalisen, kahden ryhmän suuruisen siirtymän aiheuttaman α-säteilyn ohella on havaittavissa myöskin β-osasten liikehtimistä, nämä viimeksimainitut eivät voi olla peräisin atomiytimestä; 0. Hahnin ja L. Meitnerin tutkimusten mukaan ei niitten ilmeneminen ole yhteydessä sarjan haarautumisen kanssa. On luultavaa, että ne tulevat ulommasta elektronivaipasta ja ovat α-muuttumisen sekundäärisenä seuralaisilmiönä. (1. S.125; atomiytimen positiivinen kokonaisvaraus on sen positiivisten

ja negatiivisten yhdysosien algebraalinen summa.

129

Koska edelleen aktiniumin ja mesotorium 1:n säteettömästi muuttuessa tapahtuu, samoinkuin β-muuttumisenkin ilmetessä, siirtyminen lähinnä seuraavaan ryhmään luonnollisessa järjestelmässä, on sen nojalla oletettava, että näitten alkuaineitten ytimet kadottavat tällöin yhden elektronin. Siihen, etteivät nämä elektronit ilmene β-säteinä, voi olla syynä niitten suuri pehmeys. Mutta on myöskin mahdollista, että elektroni, atomiytimen jätettyään, juuttuu kiinni ulkoiseen elektronivaippaan, jolloin atomi, kuten A. Sieverts huomautti, säilyttäisi alkuperäisen neutraalisen tilansa entisellään, kun sen sijaan muuten β-muuttumisen välityksellä syntyvä atomi jää jälelle positiivisesti varautuneena, niin että sen täytyy ympäristöstään ottaa yksi elektroni tullakseen neutraaliseksi. Seuraavassa käsitellään nyt isotooppien syntymistä tältä näkökannalta. Jos alkuaineessa (U₁) tapahtuu α-muuttuminen ja sitä seuraavat kaksi β-muuttumista (UX₁:n ja UX₂:n muuttuminen), niin ylläesitetyn mukaan täytyy kolmannen muuttumisen vaikutuksesta syntyvän alkuaineen (U₁₁) olla ensiksimainitun alkuaineen (U₁) isotooppi ja näitten molempien alkuaineitten (U₁) ja (U₁₁) atomiytimillä täytyy olla sama varaus. Mutta nyt atomiytimen varaus on lukuarvoltaan sama kuin atomiytimen ulkopuolella olevien negatiivisten elektronien lukumäärä ja nämä elektronit taasen sijaitsevat atomiytimen ympärillä järjestyksessä, joka riippuu atomiytimen ja elektronien välillä vallitsevista elektrostaattisista voimista.

130

Sen vuoksi täytyy alkuaineitten, joilla on sama atomiytimen varaus, kuten (U₁) ja (U₁₁) :lla, useimpien fysiikallisten ja kemiallisten ominaisuuksien olla kutakuinkin samanlaisia, joskin niitten atomipainot eroavat toisistaan yhden α-osasen poistumisen vuoksi neljän yksikön verran. Siten on isotopian olemus selitetty: sen

perustana on useitten eri alkuaineitten atomiytimen yhtä suuri

varaus. Samalla ilmenee tästä tarkastelusta, että atomin perusominaisuus, josta useimmat muut sen ominaisuudet ensi sijassa riippuvat, ei ole atomipaino, vaan atomiytimen varaus. Luonnollisestikaan eivät isotooppien atomiytimet ole keskenään yhtäläisiä. (U₁) ja (U₁₁):n atomiydinten kokoomushan eroaa toisesta yhden α-osasen ja kahden elektronin verran, ja radium B:n atomiydin sisältää kaksi α-osasta ja neljä elektronia enemmän kuin sen isotoopin radium G:n atomiydin. Se selittää, minkä vuoksi isotooppien radioaktiiviset ominaisuudet, esim. niitten elinikä. eroavat niin huomattavasti toisistaan. Atomiydinten erilainen rakenne ei luonnollisestikaan voi yleensä olla kokonaan vaikuttamatta ulkoisten elektronien ominaisuuksiin, joskin isotooppien tästä seikasta johtuvat kemiallisten ja spektroskooppisten ominaisuuksien eroavaisuudet ovat varsin pienet. Siten voidaan olettaa, että luvussa VII mainittu isotooppien spektriviivojen aallonpituuksien välinen pieni ero johtuu pääasiallisesti atomi ytimen rakenteen vaikutuksesta ulkoisten elektroonien liikkeeseen.

131

131 Koska tämän vaikutuksen voi otaksua olevan voimakkain lähellä atomiydintä sijaitsevia "Röntgensäde-elektroneja" kohtaan, on syytä toivoa, että kehittämällä röntgenspektrokopiaa entistä täydellisemmäksi siitä saadaan arvokas apukeino uusien isotopiailmiöitten toteamiseksi.

4. Atomiydinten massa.

Ylläesitetyistä tarkasteluista seuraa luonnollisesti, että on tarkistettava radioaktiivisten tosiseikkojen vuoksi niin helposti syntyvä olettamus, jonka mukaan muut alkuaineet sisältävät heliumia. Meidän on nimittäin ajateltava, ettei koko heliumatomi, vaan ainoastaan sen ydin on sitä raskaampien atomiydinten osana. Samaa on meidän oletettava vetyatomista, joka seuraavassa luvussa esitettävällä tavalla myöskin ottaa osaa toisten alkuaineitten muodostumiseen. Ja koska, kuten jo mainittiin, useitten alkuaineitten atomiytimet sisältävät myöskin negatiivisia elektroneja, tulemme siihen lopputulokseen, että yksinpä nämä mitättömän pienet atomiytimetkin ovat tavattoman

monimutkaisia rakennelmia, joissa täytyy vallita suunnattomia

sähköisiä voimia. Tästä saamme viittauksen, mikä saattaa olla syynä eriäväisyyksiin Proutin hypoteesista, jollei niitten selittämiseksi riitä sivulla 109 mainittu olettamus, että monet meidän alkuaineistamme ovat isotooppien seoksia.

132

132 Yllä esitetyn käsityskannan mukaan täytyy atomin massan voida johtaa sen muodostavien negatiivisten ja positiivisten osasten massoista. Nyt voidaan negatiivisten elektronien ja positiivisten vetyatomiydinten liikkeessä ilmenevä massa n. s. (sähkömagneettinen massa) selittää sähkömagneettisten ilmiöitten teoriaan nojautuen sähköisten ja magneettisten voimien avulla. Nämä voimat johtuvat näistä pyöreiksi otaksutuista, pintavarauksen omaavista osasista; oletetaan, että negatiivisen elektronin säde on suuruusluokkaa 10⁻¹³ cm ja vetyatomiytimen säde vielä pienempi. Edelleen saattaisi ajatella, että heliumatomiytimen (α-osasen), jolla on massa 4,00 sekä kaksinkertainen positiivinen varaus, muodostaisivat neljä yksinkertaisen positiivisen varauksen omaavaa vetyatomiydintä joitten kunkin massa on 1,008, sekä kaksi negatiivista elektronia. Koska nyt, kuten seuraavassa luvussa lähemmin selostetaan, α-osasen säde myöskin on suuruusluokkaa 10⁻¹³ cm, niin sen yhdysosien magneettiset vaikutukset, jotka ilmenevät sen massana, erinomaisen läheisyytensä vuoksi vaikuttavat myös toinen toiseensa, ja siten saattaisi ymmärtää, miksi heliumatomiytimen massa ei ole vetyatomiytimen massan kokonaiskerrannainen (W. D. Harkins). Samallainen molemminpuolinen sähkömagneettinen vuorovaikutus raskaitten atomiydinten yhdysosien välillä voidaan esittää Proutin hypoteesista ilmenevien poikkeusten selittämiseksi (vrt. myöskin siv. 174).

133

XIII LUKU.

Atomien keinotekoinen hajoittaminen. Edellisessä luvussa esitettyyn atomiydinten rakenteeseen liittyen päättyi tämän kirjan ensimmäisen painoksen viimeinen luku seuraaviin sanoihin: "Atomiydinten rakennetta ja niitten muodostumista positiivisista ja negatiivisista osasista käsittelevän kysymyksen ratkaisemiseksi tarjoavat nykyisin ainoastaan luonnolliset radioaktiiviset muuttumisilmiöt kokeellisen pohjan. Ei olisi yksinomaan tälle kysymykselle mitä tärkeintä, jos onnistuttaisiin pakottamaan alkuaine keinotekoisesti muuttumaan toiseksi. On ehkä muutakin, kuin viimeisten 20:n vuoden suurten saavutusten aiheuttamaa ylimielisyyttä, jos ei lakkaa toivomasta, että radiokemia kerran tässä suhteessa olisi menestyksellisempi kuin alkemia. Tämä toivomus on toteutunut yllättävän nopeasti, sillä vielä ensimmäisen painoksen lisäyksessä voitiin tiedoittaa kesäkuussa 1919 julkaistuista E. Rutherfordin kokeista, joista ilmenee, että α-säteitten törmätessä yhteen typpiatomien kanssa sinkoutuu viimeksimainituista hyvin pienimassaisia osasia, jotka sittemmin todettiin vety-ytimiksi. Mutta tämä merkitsee, että typpiatomi on keinotekoisesti jaettu yksinkertaisempiin yhdysosiin. Ennen kuin tässä selostetaan nämä uraauurtavat kokeet on ensin perehdyttävä eräisiin Rutherfordin koulukunnan aikaisempiin tutkimuksiin.

134

Kuten jo sivulla 128 mainittiin on Rutherford johtunut nykyään yleisesti hyväksyttyyn mielipiteeseensä, että atomin positiivinen sähkö on keskittynyt sen ytimeen, jonka koko, atomin mittasuhteisiin verrattuna, on hyvin pieni, lähinnä α-säteitten läpikulkua materian läpi käsittelevien tutkimustensa perusteella.

Kuva 8 α-osasten rata ilmassa

Ja erittäin kuvioissa 2 ja 8 nähtävät yksityisten α-osasten muuten melkein suoraviivaisessa radassa olevat terävät mutkat tasoittivat tietä atomiydinten olemassaolon ajatuksella.

135

Näitten mutkien ilmenemisen totesivat toisia keinoja käyttäen ensimmäisinä H.Geiger ja E. Marsden Ruthefordin laboratoriossa. Nämä, useita tuhansia km/sek:ssa kiitävien α-osasten isot poikkeukset aiheutuvat ilmeisesti yhteentörmäyksistä niitten ja läväistyn aineen atomin välillä, olkoonpa, että tämä aine on kaasua, kuten kuviossa 2, taikka ohut metallilehtinen, kuten Geignerin ja Marsdenin kokeissa. Siten täytyy tällaisessa yhteentörmäyksessä vaikuttaa suunnattomia poikkeuttavia voimia, ja Rutherford oletti, että nämä olisivat positiivisesti varautuneen alfa-osasen ja sen atomin, jonka läpi edellinen on kiitänyt, positiivisen varauksen välillä vaikuttavat toisiaan vierovat elektrostaattiset voimat. Tarvittavan suuria elektrostaattisia voimia saattaa kuitenkin ilmetä ainoastaan siinä tapauksessa, että toisiaan vierovat varaukset tulevat toistensa välittömimpään lähistöön: tämä voimahan kasvaa, kuten tunnettua, Coulombin lain mukaan kääntäen verrannollisesti etäisyyden neliöön. Tästä voitiin tehdä se johtopäätelmä, että niin α-osasen (heliumin atomiytimen) kuin myöskin muitten atomien positiivisten varausten mittasuhteet ovat tavattoman pienet, ja tämä tulos johti, sitä edelleen kvantitatiivisesti kehiteltäessä 1, luvussa XII esitettyyn ydinatomiteoriaan. (Kullan atomiytimen säteen ylärajaksi saatiin arvo 3 x 10⁻¹² cm.) Alfa-osasen halkaisijan suuruus voi olla korkeintaan luokkaa 10⁻¹³cm. Teorian mukaan täytyy α-osasen, joka tunkeumansa rajoittamalla tiellä kohtaa monta tuhatta atomia, kiitää niitten sisässä, niissä olevan mitättömän pienen, keskeisen, positiivisen atomiytimen ja sitä 10⁻⁸ cm:n suuruisen säteen etäisyydellä ympäröivien negatiivisten elektronien välissä. Se kulkee kaikkein useimpien atomien läpi, näitten oleellisesti vaikuttamatta sen suuntaan; ainoastaan hyvin harvoissa atomeissa joutuvat α-osaset atomiytimen välittömään läheisyyteen ja siten tulevat poikkeutetuiksi suoraviivaiselta radaltaan. Terävien mutkien luku on sen vuoksi niin pieni, että yhteentörmäyksen todennäköisyys mitättömän pienen atomiytimen kanssa on sangen vähäinen.

136

136

Kuva 9 α-osasen rata vedyssä

Tällaisessa kiihkeässä yhteentörmäyksessä ei ainoastaan α-osanen poikkeudu radaltaan, vaan myöskin törmäytyneen atomin täytyy joutua liikkeeseen ja kimmoisen työnnin lakien mukaan se saavuttaa sitä suuremman nopeuden, kuta pienempi sen massa on. Erikoisen suureksi tulee tämä nopeus siis silloin kun α-osanen joutuu vedyn atomiytimen välittömään läheisyyteen, kuten esim. käy sen kulkiessa vetykaasun läpi. Kahdeksannossa kuviossa, joka esittää α-osasen kulkua ilmassa, voidaan tämän työnnin saaneen atomin liike nähdä, mutta erittäin selvästi se näkyy kuviossa 9 (D. Bosen mukaan), joka esittää samaa tapausta vedyssä. Kuten C. G. Darwin laski, täytyy vedyn atomiytimen nopeuden, jonka se saavuttaa edullisimman keskeisen työnnin tapahduttua, olla 1,5 kertaa niin suuri kuin työntävän massaltaan sitä neljä kertaa suuremman α-osasen nopeus

137

Teoreettisesti voidaan pitää todennäköisenä, että tällaisen H-osasen tunkeuma, sen kulkiessa samalla nopeudella kuin α-osanen, on kutakuinkin sama kuin α-osasen tunkeuma, ja koska (vrt sivt 31) α-osasen tunkeuma on suoraan verrannollinen nopeuden kolmanteen potenssiin, pitäisi tällaisen, keskeisen työnnin vaikutuksesta syntyneen H-osasen tunkeuman olla suunnilleen neljä kertaa niin suuri kuin alkuperäisen α-osasen tunkeuma. E. Marsden on todistanut (1914), että näin todella onkin. Pienestä, ohutseinäisestä, radiumemanaatiota sisältävästä putkesta lähtevien α-osasten tunkeuma yhden ilmakehän paineisessa vedyssä oli vain 24 cm, mutta näitten olosuhteitten vallitessa voitiin kuitenkin havaita vielä yli 80 cm:n etäisyydellä putkesta välähdyksiä sinkkisulfidivarjostimella (vrt. siv. 33). Rutherfordin hiljakkoin julkaisemissa kokeissa todettiin, mittaamalla näitten osasten poikkeua sähköisessä ja magneettisessa kentässä, että nämä välähdykset todellakin aiheutuvat hyvin nopeista H-atomiytimistä, s. o. yhden positiivisen varauksen omaavista osasista, joitten massa on = 1. Tällaisia H-osasia, joilla on suuri tunkeuma, havaitsivat E. Marsden ja W. G. Lantsberry (1915) myöskin antaessaan α-osasten kulkea hyvin ohuen vetypitoista ainetta, esim. vahaa, olevan kerroksen läpi. α-osasenhan täytyy tulla aivan vedyn atomisydämen viereen, jotta se synnyttäisi sellaisen nopean H-osasen, joka tällöin saa niin voimakkaan työnnin, että se lennähtää irti atomisiteestään, jolloin on samantekevää onko atomi pinnallaan kemiallisesti sitoutunut muihin atomeihin, vai eikö.

138

Kuinka harvoin sellaisia keskeisiä yhteentörmäyksiä sattuu, ilmenee Rutherfordin tiedoituksesta, että 105:n α-osasen vaikutuksesta, joista jokainen vetykaasun 1:n cm:n läpikulkiessaan törmää suunnilleen 10⁴ vetymolekyyliin, syntyy ainoastaan yksi H-osanen, jolla on suuri tunkeuma. Erikoisen mielenkiintoinen oli Marsdenin ja Lantsberryn huomio, että sellaisia H-osasia voidaan saada myöskin olosuhteissa, joissa ei voida havaita olevan mitään ulkonaista lähdettä, mikä sisältäisi vetyä. Niinpä esim. radium C:llä päällystetystä nikkelipeltilevystä, joka kuumennettiin 150°:seen metallin mahdollisesti pidättämän vedyn taikka vesihöyryn poistamiseksi, säteili samaten nopeita H-osasia. Näytti siis siltä, kuin tällöin ensikerran olisi havaittu radioaktiivisten atomien (Ra C) sisustasta erkanevan vetyä yhdessä heliumin kanssa. Tämän tärkeän huomion otti Rutherford tarkan tutkimuksen alaiseksi ja tällöin hän ennenkaikkea osoitti, etteivät nämä "luonnolliset" H-osaset voi olla peräisin yksistään Ra C:stä. Myöskin pienestä putkesta, joka nopeasti täytettiin käytännöllisesti Ra C:stä puhtaalla radiumemanaatiolla, säteili välittömästi sen jälkeen sellaisia H-osasia; ja joskin näitten lukumäärä ajanmittaan suureni, ei tämä lisääntyminen ollut läheskään niin suuri, että se olisi vastannut emanaatiosta Ra A:n ja Ra B:n välityksellä syntyvän Ra C:n lisääntymistä.

139

Siten täytyisi myöskin itse emanaatiosta tai Ra A :sta muodostua H-osasia; jollei tähän ilmiöön ole syynä okkludoitunut vety, mikä Rutherfordin mielestä myöskin saattaa olla mahdollista. Tätä tärkeätä kysymystä eivät siis Rutherfodin kokeet täysin yksikäsitteisesti ratkaisseet; mutta ne johtivat kuitenkin aivan yllättävään tulokseen, kun tutkittiin, millä tavoin erilainen kaasutäyte vaikutti Ra C:llä peitetyn peltilevyn luonnollistenı H-osasten säteilyyn. (1. Havaittiin nimittäin välkähdyksiä laskettaessa huomattavan paljon enemmän kauas tunkeutuvia osasia, kun Ra C:n ja sinkkisulfidivarjostimen välisessä tilassa oli kuivattua ilmaa, kuin milloin se oli tyhjäksi pumputtu taikka siinä oli hiilihappoa tai happea. Vieläpä silloinkin kun hiilihappo taikka happi oli 20°ssa vesihöyryllä kyllästetty (2. saatiin vähemmän valonvälkähdyksiä kuin ilmassa. Rutherford teki siitä sen johtopäätelmän, että ainoastaan ilman

typpi voi olla syynä tämän voimakkaan valonvälkähdys-

vaikutuksen esiintymiseen, ja todella havaittiinkin kemiallisen puhdasta typpeä käytettäessä 25 pros. suurempi valovälkähdyksien luku kuin ilmassa. (1. Tässä samoin kuin useissa edellisissä kokeissa oli RA C:tä 3cm:n

päähän sijoitetun sinkkisulfidivarjostimen eteen asetettu ohuita

metallilehtisiä, joiden paksuus oli niin laskettu, että ne täydellisesti

estivät RA C:n α-osasten etenemisen, mutta joitten läpi H-osaset

pääsivät helposti kulkemaan.

(2. Kuivattu hiilihappo taikka happi vähensivät, RA C:stä tulevia

"luonnollisia" H-osoasia jarruttamalla, ilmattomassa tilassa

havaittujen valonvälkähdysten lukumäärää.

140

Erikoisten kokeitten avulla voitiin todeta, että näitten suuren tunkeuman omaavien osasten luvun suureneminen aiheutui vasta Ra C:n a-osasten kulkiessa kaasutilan läpi. Ilmassa taikka typessä saatujen osasten tunkeutumiskyky oli, samoinkuin vetykaasussa syntyvien H-osastenkin, suunnilleen neljä kertaa suurempi kuin ne synnyttäneitten α-osasten tunkeutumiskyky. Näin suuren rajuuden voivat α-osaset antaa ainoastaan sellaisille osasille, joitten massa on huomattavasti pienempi kuin niitten oma massa, ja todella onnistuikin Rutheford aivan viime aikoina näyttämään, että näin syntyneet osaset poikkeutuvat magneettisessa kentässä täsmälleen saman verran kuin vedyssä syntyvät H-osasetkin. Siitä ilmenee, että Rutherfordin on onnistunut typen atomisydämestä sinkauttaa pois α-säteitten avulla vetysydämiä. Paitsi näitä H-osasia havaittiin typessä samoinkuin hapessakin vielä osasia joitten tunkeuma on noin 30 pros. suurempi kuin ne synnyttävien α-osasten tunkeuma (ilmassa edell. 9,0 cm, jälk. 6,94 cm). Niitten tunkeumasta ja poikkeutuvaisuudesta magneettisessa kentässä teki Rutherford sen johtopäätelmän, että ne ovat osasia, joitten positiivinen varaus on 2 ja massa 3, s.o. tavallisen heliumin kanssa isotooppisen alkuaineen, jonka atomipaino kuitenkin 4:n sijasta on 3, atomiytimiä. (Tähän asti ilmoitettujen huomioitten perustalla ei ole aivan mahdotonta että kyseenä olevien osasten atomiytimen varaus olisi 1 ja massa 2 joilloin ne siis olisivat vedyn isotooppeja kuitenkin näyttää Ruthefordin antama selitys todennäköisemmältä.

141

Koska typestä sinkoutuneitten He3++ -osasten lukumäärä on monta vertaa suurempi kuin H-osasten luku, näyttää typen atomiytimen hajoaminen voivan tapahtua niin, että siitä vuorotellen, toisistaan riippumatta, erkanee H+ -ja He3++-osasia. Nämä kokeet ovat ensimmäisen kerran todistaneet, etteivät ainoastaan raskaat radioaktiiviset atomiytimet, vaan myöskin keveimpien ryhmään kuuluvat typen ja hapen atomiytimet ovat muodostuneet yksinkertaisista yhdysosista. Astonin yksiperäisiksi todistamien alkuaineitten typen ja hapen (vrt. liitettä) todennäköisin kokoonpano on Rutherfordin kokeitten mukaan 14,01 = 4 x He3 + 2H ja 16 = 4 x He3 + He4 ja sen mukaan hiilen kokoonpano 12 = 4 x He3. Koska typen atomiytimellä olisi neljän, kaksi varausta omaavan heliumytimen ja kahden, yhden varauksen omaavan vety-ytimen vaikutuksesta 10:n suuruinen varaus 7:n asemesta, niin sen täytyy vielä sisältää kolme negatiivista elektronia. Tästä tarkastelusta selvenee, minkä vuoksi ei hapessa eikä hiilihapossa voi muodostua H-osasia. Sillä seikalla on suuri merkitys, että typen atomiytimistä singonneitten H-osasten luku on vain suunnilleen kahdestoista osa Siitä, mitä niitä saadaan saman määrän yhteentörmäyksiä tapahtuessa α-osasten ja vetykaasun sitoutumattomien H-atomiydinten välillä.

142

Siitä sekä edellä esitetystä tiedonannosta johtuu, että ainoastaan 1 kustakin 10¹⁰:stä α-osasten ja typpimolekyylien yhteentörmäyksestä aiheuttaa typpiatomin hajoamisen ja että lisäksi täytyy osuman sattua tämän atomiytimen määrättyyn kohtaan. Kokeista ilmenee myöskin, että typen atomiytimen halkaisija on suuruusluokkaa 10⁻¹² cm ja että suotuisan yhteentörmäyksen tapahtuessa α-osasen ja vedyn atomiytimen välillä niitten keskukset voivat lähestyä toisiaan noin 3 X 10⁻¹³ cm:n etäisyydelle. Ylläselostettuja kokeita on pidettävä ensimmäisenä tapauksena, jolloin on yksikäsitteisesti voitu todeta kemiallisen alkuaineen atomin keinotekoisen hajoittamisen onnistuneen, sillä monet yritykset vaikuttaa radioalkuaineitten luonnolliseen hajoamiseen ovat toistaiseksi rauenneet (vrt. siv. 29). Eikä myöskään monien tutkijoitten purkautumisputkissa havaitsemasta heliumin ja neonin esiintymisestä myöskään tehdä mitään sitovia loppupäätelmiä. α-osaset, jotka ovat voimakkaimpia käytettävissä olevia energiakonsentraatioita, työkaluina ja ihmeelliset H-osaset analyyttisenä apuneuvona ovat molemmat yhtä paljon olleet osallisena menestyksen saavuttamisessa.

143

XIV LUKU.

Kemiallisen alkuainekäsitteen tarkistus. Edellisessä luvussa esitettyjen tosiasioitten suuri merkitys kemialliselle alkuaineopille ilmenee muun muassa siinä, että ne ovat useammin kuin kerran järkyttäneet vanhaa, Boylen ja Lavoisierin laatimaa kemiallisen alkuaineen käsitettä. Radioalkuaineitten luonnolliset muuttumisilmiöt voidaan helposti saattaa sopusointuun vanhan alkuaineen määritelmän kanssa, kun sen sijaan isotopiailmiön ja alkuainekäsitteen välillä vallitse- van suhteen tarkoituksenmukaisinta selitystapaa koskevassa kysymyksessä on kaksi käsityskantaa vastakkain, joista toinen, kuten tämän luvun ensimmäisessä osassa osoitetaan, vaatii alkuaine- käsitteen täydellistä uudelleenmuovaamista. Ennenkuin tässäkään kysymyksessä on päästy yksimielisyyteon, asettaa Rutherfordin aikaan- saama typpiatomin keinotekoinen hajoittaminen alkuainekäsitteen uudelle koetukselle, joka tulee puheeksi luvun toisessa osassa.

144

1. Alkuainekäsite ja isotopia.

On vallalla omituinen asiain tila: isotoopit suhtautuvat alkuaineen luonteenomaisten ominaisuuksien määräämiselle ja sen toteamiselle niin tärkeitten kvalitatiivis-kemiallisten ominaisuuksiensa puolesta kuten sama alkuaine, kun sen sijaan niitten atomipaino, jonka merkitys on yhtä tärkeä, on erisuuri, ja ne siis tällöin esiintyvät eri alkuaineina. Siten on selitettävissä, että nykyään on olemassa erilaisia mielipiteitä alkuainekäsitteen ulottamisesta isotooppeihin; monet tutkijat, ja erikoisesti painostaen Paneth, eivät pidä isotooppeja eri alkuaineina, vaan saman alkuaineen eri lajeina. Kirjan tekijän mielestä kuitenkin on parasta hyväksyä se käsitys, että isotoopit ovat eri alkuaineita; se, että niitten useimmat ominaisuudet ovat miltei samat, voidaan saada esille ottamalla käytäntöön kemiallisen alkuainetyypin käsite, joten siis isotooppeja pidetään saman kemiallisen tyypin eri alkuaineina. Joskin näissä toisistaan eroavissa mielipiteissä on lopulta kysymys vain terminologian eroavaisuuksista, niin huomaavat kemistit ennemmin tai myöhemmin olevansa pakoitetut yhtymään kannattamaan jompaakumpaa näistä kahdesta käsityskannasta sen suuren merkityksen vuoksi, joka käsitteellä ja sanalla "alkuaine" heille on. Tässä valinnassa pyrittäneen ensi sijassa mahdollisimman vähän muuttamaan tähänastista alkuainekäsitettä.

145

Sen vuoksi tässä käsitellään ainoastaan sitä kysymystä, mikä näistä molemmista käsityskannoista vähemmän horjuttaa vanhaa alkuainekäsitettä, Jollei isotooppeja pidetä eri alkuaineina, niin ovat lyhytikäinen RaB ja tavallinen lyijy eli kaksi lyijylajia Pb 206 ja Pb 208 samaa alkuainetta; ja kuitenkin niitä tutkittaessa käytetyt menettelytavat ovat niin täysin erilaiset. Radioaktiiviset ominaisuudet, joitten opastuksella on voitu löytää niin paljon uusia alkuaineita, ja atomipaino lakkaavat olemasta alkuaineelle luonteenomaisia, ja kysymys, onko kaksi näitten ominaisuuksiensa puolesta helposti toisistaan erotettavaa ainetta samaa alkuainetta, vai ovatko ne eri alkuaineita, voidaan ratkaista ainoastaan niitten kemiallis-kvalitatiivisten ominaisuuksien (taikka muitten

tyyppiominaisuuksien, vrt. siv. 99) nojalla. Mutta koska nämä ominaisuudet ovat samat, ei yksistään plejadin yksiperäisillä jäsenillä, vaan myöskin niitten seoksilla, niin täytyy tältä näkökannalta pitää myöskin Ra B:n ja lyijyn seosta, toisin sanoen Pn 206:stä ja Pb 208:stä yhteensulattamalla saatua lejeerausta alkuaineena, vaikka aivan varmasti tiedetään, että se on seos. Tämä tarkastelutapa vaatii luonnollisesti luovuttavaksi kaikkein

alkukantaisimmistakin sanaan alkuaine tähän saakka yhdistetyistä

käsityksistä.

Edelleen olimme tottuneet pitämään alkuaineitten lukumäärää samana kuin perinpohjaisen analyysin avulla saatujen aineen yhdysosien lukua, jotka voidaan erottaa toisistaan, ja siinähän juuri oli alkuainekäsitteen pääarvo ja päätarkoitus, sillä alkuaine, elementti on juuri yhdysosat

146

Jos kuitenkin isotooppeja pidetään samana alkuaineena, niin se ei enää pidä paikkaansa. Sillä tämän käsityskannan mukaan muodostavat Pb 206 Br₂:n ja Pb 208 Br₂:n n ainoastaan kaksi alkuainetta, vaikkakin ne voidaan jakaa kolmeen, toisistaan erotettavissa olevaan yhdysosaan, nimittäin bromiin, Pb 206:n ja Pb 208:n . Alkuaine lakkaa siis olemasta aineen määrätty yhdysosa, jolla on täysin yksikäsitteiset ominaisuudet; siitä tulee ainoastaan määrättyjen ominaisuuksien (joita me nimitämme tyyppiominaisuuksiksi) edustaja. Meillä olisi siten aivan uusi alkuainekäsite, jolla pohjaltaan olisi enemmän yhteistä Aristoteleen kuin Boylen alkuainekäsitteen kanssa, sillä myöskään Aristoteles ei pitänyt neljää alkuainettaan maata, vettä tulta ja ilmaa muitten aineitten todellisina yhdysosina, vaan ainoastaan määrättyjen ominaisuuksien, nimittäin kuivan-kylmän, kostean-kylmän,

kuivan-lämpimän ja kostean-lämpimän edustajina.

Lisäksi, kuten jo luvussa VII mainittiin, eivät isotoopit edes mainittujen yhteistenkään ominaisuuksiensa puolesta ole täysin vaan ainoastaan hyvin likipitäen samanlaiset, ja että on ainoastaan ajan kysymys, milloin myöskin monia tällaisia ominaisuuksia voidaan käyttää apuna isotooppeja toisistaan erotettaessa.

147

Niinpä vielä muutamia kuukausia sitten, tämän kirjan ensimmäisessä painoksessa tällä samalla paikalla esitettiin yhtenä voimakkaimpana todisteena isotooppoja samana alkuaineena pitävän käsityskannan puolesta, että niitten valo-opillinen spektri on sama, ja sehän on hyvin tärkeä ominaisuus alkuaineen luonnetta määrättäessä ja sen läsnäoloa todettaessa. Nyt, kun on onnistuttu löytämään eroavaisuuksia eri lyijylajien spektrien välillä (siv. 96), täytyy tämän todisteen jäädä pois. Periaatteellisesti ovat isotoopit täydellisesti toistensa kaltaisia ainoastaan siinä suhteessa, että niitten atomiytimen muodostavien positiivisten ja negatiivisten yhdysosien algebrallinen summa on sama. Koska niin määritelty atomiytimen varaus kuitenkin on matemaattinen abstraktio, ei atomiytimen varausta voida, kuten on ehdotettu, asettaa luonnontieteellisen alkuainemääritelmän perustaksi. Kaksi tähänastisen alkuaineopin kannalta tärkeätä tietosaavutusta saisi kuitenkin pysyä edelleenkin ennallaan, jos isotooppeja pidettäisiin samana alkuaineena. Toiseltapuolen olisi, kuten vielä aivan hiljakkoin oli asian laita, olemassaolevien alkuaineitten luku sama kuin luonnollisen järjestelmän paikkojen lukumäärä. Toiseltapuolen voitaisiin edelleenkin kvalitatiiviskemiallisten ominaisuuksien perusteella erottaa kaikki alkuaineet toisistaan. Nämä molemmat säännöt menettävät pätevyytensä, kun isotooppeja pidetään eri alkuaineina, sillä ne eivät enää pidä paikkaansa alkuaineisiin, vaan ainoastaan alkuainetyyppeihin nähden, Siitä ei kuitenkaan saa tehdä sitä johtopäätelmää, että alkuainekäsite olennaisesti muovailtaisiin uudelleen, kun isotooppeja pidetään eri alkuaineina.

148

Sillä suurin edistysaskel, joka on isotopian keksimisen ansiota, on että nyt kykeneınme toteamaan lukuisampien materian yhdysosien, alkuaineitten olemassaolon, kuin edellämainittujen tyyppiominaisuuksien nojalla oli mahdollista, taikka kuin luonnollisen järjestelmän paikkojen lukumäärääin perustuen olisi saattanut ennustaa. Sen vuoksi ei ole mahdollista säilyttää yllämainittujen kahden säännön sanamuotoa ennallaan, määräämättä enemmän tai vähemmän mielivaltaisesti, mitä tutkimusmenettelytapoja alkuaineanalyysissä saadaan käyttää, mitä sen sijaan ei. Mutta muuten pysyy alkuainekäsitteen sisällys aivan muuttumattomana kun isotooppeja pidetään eri alkuaineina. Koska edellisissä luvuissa on kauttaaltaan sovitettu tätä katsantotapaa, ei meidän tarvitse tässä yhteydessä syventyä siihen, millä tavalla alkuaineopin yksityiset kysymykset voidaan esittää tältä käsityskannalta. Mutta ennenkuin määrittelemme, mitkä aineet ovat alkuaineita, jos tämä käsityskanta hyväksytään, täytyy vielä ajatella toista perustuvaa tietosaavutusta, josta alkuaineoppi on kiitollisuudenvelassa radioaktiiviselle tutkimukselle.

2. Alkuainekäsite ja radioaktiiviset muuttumisilmiöt.

Radioaktiiviset muuttumisilmiöt ovat epäämättömästi todistaneet, että kaikki luonnollisessa järjestelmässä uraanin ja vismutin välillä olevat aineet,

149

sekä lisäksi eräät vismutti-, lyijy-ja talliumplejadin jäsenet hajoavat yksinkertaisiin yhdysosiin: heliumiksi ja pysyviksi lyijylajeiksi Ra G = Pb 206,0 ja Th D = Pb 208 niiden täytyy siis otaksua syntyneen näistä yhdysosista. Meneteltäisiin kuitenkin varmasti virheellisesti, jos nämä yhdysperäiset aineet poistettaisiin alkuaineitten luettelosta ja pidettäisiin niitä eräänlaisina kemiallisina yhdistyksinä. Kaikki todisteet tukevat sellaista käsitystä, että luonnollisen järjestelmän kahden viimeisen vaakasuoran rivin alkuaineet täytyy rinnastaa samanarvoisiksi luonnollisen järjestelmän muitten jäsenten kanssa, joten tuskin voi epäillä, että muutkaan alkuaineet eivät ole luonteeltaan yksiperäisiä sen paremmin kuin uraanin ja talliumin välilläkään olevat. Sitäpaitsi on viimeksimainittujen moniperäinen luonne välittömästi todistettu jakamalla happi ja typpiatomit. Jos tämäntapaista yhdysperäisyyttä halutaan pitää riittävänä esteenä, jonka vuoksi ainetta ei voitaisi pitää alkuaineena, niin saisi nykyaikaiselta atomien rakennetta koskevan käsityksen mukaiselta näkökannalta alkuaineitten luetteloon sijoittaa yksinomaan negatiivisen ja positiivisen elektroonin, joita nykyään pidetään yksiperäisinä, ja poistaa siitä kaikki aineet. Se luonnollisesti merkitsisi tähänastisan alkuainekäsitteen täydellistä uudelleenmuodostamista. Sen vuoksi täytyy erottaa toisistaan luonnollisissa ja keinotekoisissa radioaktiivisissa muuttumisilmiöissä ilmenevä radioalkuaineitten, typen ja hapen yhdysperäinen luonne sekä se yhdysperäisyys, jonka olemme oppineet tuntemaan kemistin hajoittelutaidon avulla.

150

Vielä äskettäin oli molempien hajoamisilmiöitten välisenä tärkeimpänä erottajana, ettei kyetty radioaktiivisiin muuttumisilmiöihin millään tavalla vaikuttamaan, eikä muuttamaan niitten tapahtumisjärjestystä, kun sen sijaan jotenkin mielen mukaan voitiin jakaa yhdistykset alkuaineisiin ja jälleen muodostaa ne niistä. Siten voitiin molemmat ilmiöt jyrkästi erottaa toisistaan. Nyt on kuitenkin onnistuttu pakottamaan typpi ja happi keinotekoisesti hajoamaan. Ja joskin tällöin käytetyt menettelytavat huomattavasti eroavat tähän astisista fysiikallisista ja kemiallisista menettelytavoista, ei kuitenkaan enää ole mahdollista laatia alkuaineen yleistä, tyydyttävää määritelmää perustuen siihen, ettei sitä voida hajoittaa, taikka ettei sitä vielä ole hajoitettu, jos edelleenkin, mikä lienee selvää, halutaan pitää typpeä ja happea alkuaineina. Sen vuoksi olemme nyt, neljännesvuosituhat Boylen jälkeen, pakotetut hylkäämään hänen esittämänsti alkuaineen tunnusmerkit. Nyt täytyy esittää uudet tunnusmerkit sen kysymyksen ratkaisemiseksi, onko aine kokoonpantu samoista atomeista ja sitä sen vuoksi pidettävä alkuaineena vai sisältääkö se erilaisia atomeja, ollen siten useitten alkuaineitten seos tai yhdistys. Silmäiltäessä kuviota 6 Siv. 118 huomataan, että eri alkuaineitten aivan analoginen ja suhteellisen yksinkertainen röntgenspektrin rakenne aivan erikoisen hyvin sopii atomien ominaisuuksien määräämiseen (K-säteily sopii tähän tarkoitukseen vielä paremmin).

151

Joskin monien alkuaineitten röntgenspektrissä on seikkoja, jotka toisista puuttuvat, onnistunee spektroskooppisia tutkimuksia harjoittavien tutkijoitten ajanmittaan tarkoin määritellä ja rajoittaa "yksiperäisen röntgenspektrin" käsite, joka sitten olisi paras perusta alkuaineen määritelmälle. Eräs seikka on kuitenkin vielä otettava huomioon. Kuten siv. 121 mainittiin, ei tähän asti saavutettua tarkkuutta käyttäen ole onnistuttu löytämään eroavaisuuksia isotooppien röntgenspektreissä, joten isotooppiseoksen, esim. tavallisen kloorin, spektri näyttää "yksiperäiseltä". Tämä sama seikka havaittaisiin myöskin ioniumin ja toriumin seoksessa. Toistaiseksi ei siis röntgenspektri riitä täydelliseen alkuaineanalyysiin ja sen vuoksi täytyy määritellä seuraavasti: "Kemiallinen alkuaine on aine, jolla on 'yksiperäinen

röntgenspektri' ja jonka ei tiedetä olevan muitten aineitten seos".

Tämäkään määritelmä ei voi täysin tyydyttää, sillä niillä alkuaineilla, jotka ovat luonnollisessa järjestelınässä ennen natriumia, ei ole voitu havaita yleensä minkäänlaista röntgenspektriä. Alkuaineoppi on juuri nykyhetkellä niin vilkkaassa kehitysvaiheessa, että tuskin on mahdollista laatia pysyvää määritelmää.

152

Ylläolevan esityksen tarkoituksena on ainoastaan selostaa kysymyksen nykyistä kehitysastetta ja huomauttaa niistä näkökohdista, jotka on otettava huomioon määritelmää tulevaisuudessa muovailtaessa. Jollei typpeä ja happea oteta huomioon. niin sopii taulukoissa 11 ja 12 lueteltuihin alkuaineisiin paraiten tekijän pari vuotta aikaisemmin ehdottama määritelmä: "Kemiallinen alkuaine on aine, jota ei millään keinoin ole jaettu

yksinkertaisempiin yhdysosiin ja jonka ei tiedetä olevan muitten

aineitten seos".

153

XV LUKU.

Jälkikatsaus ja tulevaisuuden näköaloja. Selostettuamme edellisissä luvuissa sen kemiallisia alkuaineita koskevien tietojemme vähittäisen kehityksen viime vuosina, joka on tapahtunut radioaktiivisuuden, luonteenomaisten röntgensäteitten ja atomirakenteen tutkimisen vaikutuksesta, luotakoon vielä lopuksi lyhyt silmäys kemiallisen alkuaineopin nykyiseen kantaan ja sen toistaiseksi ratkaisemattomiin kysymyksiin. Tällöin pidämme isotooppeja erillisinä alkuaineina kuten tähänkin saakka. Hajoittamalla ja tutkimalla kaikkia aineita on tähän saakka keksitty suunnilleen 140 eri yhdysosaa, joita ei ole voitu edelleen jakaa, ja joiden ei myöskään tiedetä olevan muitten aineitten seoksia, Ne ovat kemiallisia alkuaineita. (Vertaa taulukkoja 10 ja 11. Typen ja hapen suhteen vrt ed olevia sivuja.) Suunnilleen 30 näistä alkuaineista eroaa eräistä muista alkuaineista pääasiallisesti ainoastaan atomipainonsa taikka radioaktiivisten ominaisuuksiensa puolesta.

154

154 Sensijaan samojen alkuaineitten välillä ei ole voitu havaita mitään eroavaisuuksia niitten kvalitatiivis-kemiallisissa eikä sähkökemiallisissa ominaisuuksissa. Sellaiset alkuaineet, joilla on samat kemialliset ominaisuudet, kuuluvat siis samaan kemialliseen alkuainetyyppiin (isotooppiset alkuaineet). Tähän asti on todettu olevan olemassa 87 erilaista alkuainetyyppiä. Kutakin alkuainetyyppiä Vastaa myöskin määrätty luonteenomainen röntgenspektri. Näitten spektrien tutkiminen näytti, ettemme ole vielä oppineet tuntemaan kaikkia mahdollisia tyyppejä. Jos nimittäin järjestetään alkuaineet röntgenspektriensä analogisten viivojen värähdystaajuden mukaan, niin huomataan alkuaineitten näin saatujen järjestyslukujen (samantyyppisillä alkuaineilla on sama järjestysluku) ja viivojen värähdystaajuuden neliöjuurten (kuvio 7) välillä vallitsevan melkein viivallisen suhteen, kuten Moseley on todennut. Mutta tämä suhde on pätevä kaikkiin alkuaineisiin nähden ainoastaan, jos oletetaan, ettemme vielä tunne ainoatakaan sen tyyppistä alkuainetta, jonka järjestysluku on 43, 61, 75, 85 ja 87. Siten saadaan kaikkien vedyn ja uraanin välillä mahdollisesti olevien tyyppien lukumääräksi 92. Kuten teoreettisesti voidaan näyttää toteen, on näin määrätty järjestysluku sama kuin kyseenäolevan alkuaineen atomisydämen positiivinen varaus.

155

Atomisydämen varaus (järjestysluku) ei ole yhtä yksinkertaisessa suhteessa alkuaineen muihin ominaisuuksiin kuin röntgenspektrin värähdystaajuus, sillä alkuaineitten kemialliset samoin kuin monet fysiikallisetkaan ominaisuudet eivät ole niitten atomisydänten varauksen viivallisia, vaan jaksoittaisia funktioita, mikä johtaa yhdeksännessä taulukossa esitettyyn kemiallisten alkuaineitten (alkuainetyyppien) jaksoittaiseen (luonnolliseen) järjestelmään. Samantyyppisillä alkuaineilla (isotoopeilla) on järjestelmässä sama paikka ja niin muodostuvissa alkuaineplejadeissa on, kuten taulukoista 6 ja 10 ilmenee, jäseniä kahden ja seitsemän välillä; näitä plejadeja on, paitsi uraanija talliumtyyppien välisessä järjestelmän osassa, myöskin kloori ja neontyyppien kohdalla. Koska samassa plejadissa atomipainot voivat vaihdella kahdeksankin yksikön verran, ei millekään jaksoittaisen järjestelmän paikalle voida, jos asiaa käsitellään tieteellisellä tarkkuudella. määrätä mitään yksikäsitteistä atomipainoa. Koska kuitenkin useimmista tyypeistä tunnetaan ainoastaan yksi alkuaine, voidaan sen atomipaino sijoittaa taulukkoon 9 ja plejadeissa taasen voidaan sen enin levinneen taikka pitkäikäisimmän alkuaineen atomipaino ottaa koko ryhmän edustajaksi, taikka kuten kloorin ja neonin y.m. kohdalla siksi voidaan valita luonnossa esiintyvän seoksen keskimääräinen atomipaino (yhdistymispaino). Tällöin saadaan se merkittävä tulos, että järjestettäessä alkuaineet suurenevan atomiytimen varauksen mukaan, ne tällöin, hyvin harvoja poikkeuksia lukuunottamatta, samalla joutuvat suurenevien atomipainojen mukaiseen järjestykseen.

156

Kuitenkin täytyy jaksoittaisen järjestelmän sisältämä totuus lausua siten, että alkuaineitten ominaisuudet ovat atomiytimen varauksen (eikä atomipainon, kuten tähän saakka) jaksoittaisia funktioita. Luonnollisen järjestelmän taulukko edellyttää, samoinkuin Moseleyn röntgenspektrisääntökin, että on olemassa vielä tuntemattomia alkuaineta, joitten järjestysluvut ovat 43, 75, 85 ja 87. Edellisen nojalla on sitäpaitsi mahdollista ennustaa puuttuvien alkuaineitten kemiallisen tyypin laatua; numeroja 43 ja 75 vastaavat mangaanin analogit, paikka 85 kuuluu tuntemattoınalle halogeenille ja 87 alkalimetallille (molemmat viimeksimainitut lienevät radioaktiivisia). Moseleyn suhteen avulla päätelty puuttuva alkuaine, jota vastaa järjestysluku 61, on sellaisessa järjestelmän osassa, jossa ilmenee omituisia yhtäläisyyksiä, joten siitä ei luonnolliseen järjestelmään nojautuen voida mitään ennustaa. Järjestelmän tässä osassa eivät alkuaineitten ominaisuudet muutu. kuten muissa vaakasuorissa riveissä, asteittain paikasta paikkaan, sillä koko taulukossa 9 selostetussa harvinaisten maametallien epäjaksollisessa ryhmässä, järjestyslukujen 59:n ja 72:n välissä, on alkuaineita, joilla on hyvin samanlaiset kemialliset ominaisuudet. Ainakin yhden edustajan löytäminen kuhunkin luonnollisen järjestelmän vielä vapaaseen paikkaan oli alkuaineopin jatkuvan kehityksen paraita saavutuksia ja voitaisiin sitä pitää jo vuosisatoja kestäneen alkuainetyyppejä käsittelevän tutkimuksen päätekohtana.

157

157 Silti emme tällöin kuitenkaan vielä olisi saaneet tietoomme kaikkia alkuaineitten maailman salaisuuksia, kuten vielä aivan hiljakkoin

saatettiin luulla. Luonnollisen järjestelmän 92 paikkaa käsittävässä taulukossa on kutakin tyyppiä varten ainoastaan yksi paikka. Mutta me tiedämme, että on olemassa useita samantyyppisiä alkuaineita, ja sen vuoksi on laadittava monimutkaisempi taulukkorakennelma, jotta siihen voitaisiin sijoittaa kaikki alkuaineet. Niinpä voidaan isotoopit järjestää luonnollisen järjestelmän niille kuuluviin paikkoihin, ei tasoon, vaan kohtisuoraan tätä vastaan atomipainojensa sarjajärjestyksessä. Luonnollisen järjestelmän tavallinen taulukko on siten todellisen kolmiulottoiseksi ajatellun järjestelmän projektio. Radioalkuaineitten kohdalla on tämän projektiotason, jossa sijaitsevat ainoastaan plejadin pitkäikäisimmät jäsenet, ylä ja alapuolella vielä muita kerroksia. Astonin saavutettua kanavasädeanalyysin avulla onnistuneita tuloksia, on odotettavissa, että piankin täytyy rakennelman muihinkin osiin laatia sellaisia täydentäviä ylä ja alarakenteita (vrt talukko 11). Toisin sanoen, on syytä odottaa, että muunkin tyyppisiä alkuaineita löydetään useampia kuin yksi; ehkä niin, että nyt alkuaineiksi luultuja aineita jaetaan isotooppeihin, taikka sitten toisin keinoin. Toistaiseksi ei voida lainkaan arvioida, minkälaisia hedelmiä tämänsuuntainen jatkuva tutkimus vielä voi tuottaa.

158

Herää myöskin kysymys, rajoittuvatko alkuaineitten väliset geneettiset suhteet järjestelmän kahdelle viimeiselle riville, vai ovatko ehkä muutkin alkuaineet muutosten alaisia, jotka ainoastaan pienen nopeutensa vuoksi ovat välttäneet toteamisen. Paljon ajattelemista tässä suhteessahan aiheuttaa se tosiasia, että alkuaineet kalium ja rubidium ovat suhteellisen pienestä atomipainostaan huolimatta radioaktiivisia ja siirtymäsäännön mukaan geneettisessä suhteessa kalsium ja strontiumtyyppiin, mikäli niitten β-säteily on radioaktiivisen muuttumisen seuralaisilmiö. Kyseenalaista on myöskin, aiheutuuko näitten alkalimetallien aktiivisuus päämassasta, vaiko niihin mahdollisesti sekoittuneista lyhytikäisistä isotoopeista. Viisasten kiven etsintä ei ole lakkaava senkään jälkeen. kun typpiatomi on α-osasten avulla hajoitettu. Sillä Rutherfordin menettelytavalla on rajoitettu käyttömahdollisuus: sen avulla on mahdollista todeta atomin hajoaminen ainoastaan kun vetyatomisydän taikka He3 on yksi hajoamistuotteista. Koska yhden typpiatomin hajoittamiseksi tarvitaan 10⁵ α-osasta, täytyy toivoa helpommin saatavaa työkalua, jolla on yhtä voimakas tarmonkeskitys, jotta voitaisiin käytännöllisesti muuttaa alkuaineita toisiksi.

159

159

TAULUKKO 9 a.

160

160

TAULUKKO 9b

161

161

TAULUKKO 10

162

162

TAULUKKO 10 b

163

163

TAULUKKO 10 c

164

164

Liite: Kanavasädeanalyysi

Astonin massaspektrograafi.

Sivulla 111 selitettiin jo kanavasädeanalyysin pääperiaate; F. W. Astonin kehittamänä on kanavasädeanalyysi saavuttanut mitä suurimman merkityksen tavallisten alkuaineitten isotopian tutkimuksessa. Vertaamalla vanhalla Thomsonin kojeella saatua levyä (kuvio 5) uudella Astonin massaspektrograafilla otettuun kuvaan (kuvio 12) voidaan välittömästi havaita Astonin saavuttama huomattava edistysaskel menettelytavassa. Kutakin suhdetta m/E (m = massa, E = kanavasädsosasen varaus) vastaa nyt, laajan ja osaksi epäselvän paraabelin asemesta toiselta reunaltaan jyrkästi rajoitettu läikkä, jonka asema voidaan tarkasti mitata.

Tämä on mahdollista seuraavan järjestelyn avulla:

165

165 B (kuvio 10) esittää purkautumisputkea; siinä syntyneet positiivisssti varautuneet osaset (putkessa olevan kaasun atomit, atomiryhmät ja molekyylit) kiitävät tavattoman nopeasti katodiin C. Rakojen S1 ja S2 erottama kapea, yhdensuunıtainen osaskimppu pääsee aluksi vastakkaisesti varautuneitten levyjen J1 ja J2 (kuvion 10 kirjaimet J1 ja J2 vastaavat kirjaimia P1 ja P2 kuviossa 11) muodostamaan sähköiseen kenttään.

Kuva 10 ja Kuva 11: Kanavasäteiden testilaite; Ashtonin spektrometri

KUVA 10, 11.

Sen kentän vaikutuksesta kiitävät, positiivisesti varautuneet osaset poikkeutuvat suoraviivaiselta radaltaan kohti negatiivista levyä, Tämä poikkeuma on määrätyssä kentässä sitä voimakkaampi, kuta suurempi kyseenä olevan osasen lauseke

E/mv² ...... (1)

166

166 on, t.s. kuta suurempi osasen varaus on ja kuta pienempi sen massa ja nopeus v, Lähinnä on huomattava, että muutamilla osasilla, joitten E/m on yhtäsuuri, on purkautumisputkesta tullessaan eri nopeudet ja sen vuoksi kaavan (1) mukaan poikkeutuvat eri paljon. Kuviossa 11 osoittaa ZO A kulman ɣ verran alkuperäisestä suunnastaan S₁S₂Z poikkeutuneen säteen suuntaa, säteen, jolla on määrätty E/m ja keskimääräinen nopeus, kun sen sijaan sen yläja alapuolella olevat pilkutetut viivat merkitsevät nopeinten ja hitainten osasten tietä, osasten, joilla on sama E/m ja jotka himmentäjä D (1. juuri vielä päästää kulkemaan. Lukuarvoisen esimerkin saamiseksi oletettakoon, että näitten äärimmäisten nopeuksien suhde on = 1,10 : 1,00; kaavan (1) mukaan suhtautuvat silloin niitten poikkeumat sähköisessä kentässä kuten 1,00 : 1,21, mikä suunnilleen vastaa kuviota 11, jossa tarkasteltujen kahden äärimmäisen säteen välinen kulma on suunnilleen 1/5, kulmaa ɣ. Tärkein Astonin käyttämä keino on nyt se, millä näin eri suuntiin menevät osaset, joilla on erilainen v₁, mutta sama E/m, jälleen saadaan yhtymään valokuvauslevyllä (W kuviossa 10, FG kuviossa 11). Tämä saadaan aikaan siten, että osaset, sähköisen kentän jätettyään, joutuvat magneettiseen kenttään. Tämän voimaviivat kulkevat kahden ympyränmuotoisen, keskenään yhdensuuntaisen kohtiolevyn M (O kuviossa 11) välillä, joista toisen on ajateltava sijaitsevan piirustustason edessä, toisen sen takana. (1. Kuvioon 10 ei tätä himmentäjää ole piirretty, se on hanan L

ontelossa.

167

167 Magneettisen kentän suunta on valittu niin, että sen aiheuttaman poikkeuman suunta on päinvastainen kuin sähköisen kentän aiheuttama. Tämän poikkeuman voimakkuus suurenee nyt lausekkeen E/m v..... (2) mukaan. Siis myöskin magneettisessa kentässä poikkeutuvat nopeasti liikkuvat osat vähäisen ja päinvastoin; siis esimerkissä pysyäksemme suhteessa 1,00 : 1,10. Magneettisen kentän voimakkuus voidaan nyt valita niin, että poikkeumien välisen, 10 prosentin suuruisen eroituksen vaikutuksesta sähköisen kentän toisistaan eroittamat osaset jälleen tarkasti yhtyvät levyllä F. Menetelmän sekä herkkyys että teräväpiirteisyys aiheutuu suureksi osaksi siitä, että kaikki osaset, joilla on sama E/m, sattuvat yhteen, Menetelmän suuri herkkyys taasen sallii sen, että alkuperäinen säde kimppu s. 0. rako S1, ja S2, voidaan valita hyvin kapeaksi, mikä puolestaan kohottaa kuvien teräväpiirteisyyttä. Osaset, joitten E/m on erisuuri, tulevat kuitenkin näkyviin levyn eri kohdissa. Tämän tajutaksemme tarkastelemme kahta osasta, joitten E/m suhtautuvat kuten 1 :2. Koska himmentäjän D läpi päässeet osaset ovat sähköisessä kentässä poikkeutuneet saman keskimääräisen verran, ɣ, täytyy kaavan (1) mukaan niitten nopeuksien suhtautua toisiinsa kuten 1 : √2 = 1;1,415 ja

168

kaavan (2) mukaan myöskin niitten poikkeumat magneettisessa kentässä suhtautuvat toisiinsa kuten 1 :1,415, t. s. magneettisessa kentässä poikkeutuvat osaset, jotka sähköisen kentän läpi kuljettuaan saapuvat yhdensuuntaisina, hyvin eri tavalla; ne eriävät toisistaan ja tulevat näkyviin valokuvauslevyn eri kohdissa. Kuten edellä olevasta laskusta ilmenee, poikkeutuvat osaset magneettisessa kentässä sitä voimakkaammin ja tulevat näkyviin valokuvauslevyllä - kuviossa 11 sitä enemmän vasemmalle, kuta suurempi niitten E/m on - kuviossa 10 sitä enemmän oikealle siirtyneinä, kuta pienempi niitten

m/E on.

Kuviossa 10 merkitsee Z kahta 3:n mm:n etäisyydellä toisistaan olevaa keskenään yhdensuuntaista metallilevyä, joitten välisen tilan katteena on kapea valokuvauslevyn kaista W. T on heikko valonlähde, joka aiheuttaa valokuvauslevyyn pistemäisen mustumisen R:n alapuolella. Musta piste voidaan havaita kuviossa 12 jokaisessa yhdeksässä viirussa roomalaisen numeron vieressä ja sen tarkoituksena on olla vertauskohtana eri suuria suhteita m/E vastaavien läikkien teräväpiirteisten reunojen aseman mittaamiselle. Levy varustetaan asteikolla siten, että määrätään sellaisten osasten asema, joitten m/E tarkoin tiedetään. Täten on Aston havainnut hapen, vedyn ja hiilen olevan yksiperäisiä alkuaineita; niitten todelliset atomipainot ovat siis samat kuin erittäin tarkasti tavallisten kemiallisten määräysten perusteella tunnetut arvot 16,00, 1,008 ja 12,00.

169

Massaspektrograafin mittaustulokset.

169

Kuva 11 -->12 Kanavasäteilyn mittaustulokset

KUVA 12. Siten saatetaan käyttää hiiliyhdistysten läsnäollessa esiintyvien osasten C++, C+, CH+, CH₂+, CH₃+ CH₄+, C₂ +, C₂H₂+, C₂H₄+, CO+, CO₂+ jne m/E -arvojen asemaa asteikon määräämiseen 6:n ja 44:n välillä. Kuvion 12 perustalla selostetaan seuraavassa, millä tavoin on voitu todistaa siv. 113 esitetty väite, että tavallinen kloori on kahden isotoopin seos, joitten atomipainot ovat 35 ja 37. C++ esittää hiiliatomia (m = 12) jonka varaus on = kaksi sähköerkaletta, C₂H+ osasta, jonka massa on = 25 ja varaus = yksi sähköerkale. m/E vastaavat arvot ovat siis 6 ja 25.

170

170 Viiruista Il, III ja IV, jotka saatiin johtamalla purkautumisputkeen klooria. klorivetyä (HCl) ja fosgeenia (COCI2) sekä käyttämällä eri voimakkaita magneettisia kenttiä, havaitaan ennen kaikkea osasia, joitten m/E on 35, 36, 37, 38, kun sen sijaan kloorin tavallista yhdistymispainoa 35,46 vastaavasta osasesta ei voi nähdä jälkeäkään. Yksinkertaisin selitys on, että arvot 35 ja 37 kuuluvat kahdenlaisille klooriatomeille Cl35H+ ja Cl37H+, arvot 36 ja 38 vastaaville klorivedyille CI35H+ ja Cl37H+. Tämän kanssa täydessä sopusoinnussa on se, että tällöin voidaan havaita esiintyvän osasia, joitten m/E on = 17,5 ja 18.5 ja joita voidaan pitää Cl35++:na sekä Cl37++:na, samoin kuin myöskin osasia, joitten m/E on = 63 ja 65 ja joita voidaan pitää CO Cl35+:na ja CO Cl37+:na. Myöskin voidaan huomata läikkien 38 ja 65 olevan huomattavasti heikompia kuin vastaavien läikkien 36 ja 63 Tavallisessa kloorissa Cl35:n ja Cl37:n täytyy olla sekoittuneina suhteessa 3,3: 1, jotta tästä seoksesta saataisiin keskimääräinen atomipaino 35,46. Vielä on syytä viitata valokuvaan VIII, joka saatiin kryptonia käyttämällä; sen alapäässä voidaan havaita 78:n ja 86:n välissä kuusi isotooppia, joilla on yksi varaus ja sen yläpäässä on isotooppeja, joilla on kaksinkertainen varaus ja siis puoleksi niin suuri m/E.

171

Taulukko 11, joka on taulukon 10 täydennys, sisältää kaikki Astonin tähän saakka keksimät puhtaat alkuaineet. Kun atomipaino on alleviivattu, niin se merkitsee, että kyseenalaista tyyppiä (1. on todettu olevan ainoastaan yksi alkuaine, jonka atomipaino siis on sama kuin tähänastinen, tavallisin keinoin määrätty arvo. Tästä taulukosta ilmenee heti, että isotooppeja tavataan myöskin tavallisten alkuaineitten keskuudessa ja että tällöinkin esiintyy plejadeja, joissa saattaa olla kuusikin jäsentä. Tavattoman suuri merkitys on sillä Astonin toteamisella, että kaikkien yksiperäisiksi osoittautuneitten alkuaineitten atomipainot (vetyä lukematta), verrattuina happeen = 16,00 taikka heliumiin : 4,00, eivät poikkea kokonaisista luvuista lainkaan, taikka ainoastaan hyvin vähän. Kaikki tähän astiset tuntuvat poikkeukset, kuten on laita Ne:n, Si:n, Cl:n, A:n ja Hg:n, on siis voitu johtaa isotopiasta aiheutuviksi. Vielä ei voida varmasti sanoa kuinka lähelle kokonaisia lukuja atomipainojen arvot tulevat, sillä Astonin ilmoittamien atomipainojen epävarmuus, joka erinäisissä tapauksissa ei ole yhtä promilleä suurempi, saattanee yleensä, varsinkin korkeihin atomipainoihin nähden, olla tätä suurempikin. Mutta vain yhden promillenkin suuruinen virhe, kun atomipaino on 80 taikka ehkä 200, aiheuttaa jo 0,08:n ja jopa 0,2:nkin suuruisen virheen atomipainon arvossa. (1. Tässä yhteydessä mainittakoon että Aston on hyväksynyt Panethin

mielipiteen ja pitää isotooppeja samana alkuaineena.

172

Tavallisten Alkuaineitten Isotoopit

TAULUKKO 11.

173

Typen atomipainon arvo vaihtelee uusimpien määräysten mukaan ainoastaan rajojen 14,007 ja 14,010:n välillä. Menettelytapaa edelleen kehittämällä voitaneen todeta, kuuluuko tämä kokonaisluvuista poikkeava atomipaino puhtaalle alkuaineelle, vai aiheutuuko se jonkin isotoopin, jonka atomipaino on suunnilleen 16,0 läsnäolosta, jolloin sitä olisi sekoittunut suhteessa 1/200. Suuremmalla varmuudella kuin näihin asti voidaan nyt etsiä alkuaineitten välillä vallitsevia suhteita. Siv. 109 mainittu, siirtymäsääntöä vastaava säännönmukaisuus, että parillisen taikka parittoman järjestysluvun omaavien alkuaineitten atomipainojen välinen eroavaisuus on usein 4:n kokonaiskerrannainen, saa uutta tukea, kuten seuraavista atomipainon ja niitä vastaavien jäıiestyslukujen (sulkumerkeissä) yhdistelmistä ilmenee: I 4 (2); 12 (6); 16 (8); 20 (10); 28 (14); 32 (16); 36, 40 (l8); 80, 84 (36); 128 (54); 200; 204 (80). II 22 (10); 78, 82, 86 (36); 130 (54); 202 (80). III 29 (14); 133 (54); 197 (80). IV 11 (5›; 19 (9); 31 (15); 35 (17); 75 (31); 79 (35); 83 (36); 131, 135 (54). V10 (5); 14 (7). VI 37 (17); 81 (35). 4He on siis ilmeisesti raskaitten atomien, samoinkuin radioalkuaineittenkin, hyvin yleinen yhdysosa. Kahden yksikön suuruinen erotus parillisten sarjojen I ja II taikka parittomien IV ja VI jäsenten atomipainojen välillä voidaan selittää kahden H-atomiytimen liittymisen avulla.

174

II ja V sarjan jäsenet, jotka atomipainojensa mukaan voidaan yhdistää samaksi ryhmäksi, mutta joitten atomiydinten varaukset eroavat toisistaan yhden yksikön verran, ovat puolestaan todisteena siitä, että elektronit ottavat osaa myöskin keveitten alkuaineitten muodostamiseen. Rutherfordin uuden menettelytavan avulla voitaneen määrätä, missä tapauksessa yhden tai kolmen yksikön suuruinen atomipainon eroavaisuus aiheutuu vedyn, milloin taasen He3:n liittymisestä. W. Lenz on selittänyt, minkä vuoksi He esiintyy raskaitten atomien itsenäisenä yhdysosana, siinäkin tapauksessa, että sitä pidetään vedystä muodostuneena (siv. 132). Neljän H-atomin massa on 4,03, yhden He-atomin 4,00, Siten täytyisi neljän H:n tiivistyessä yhdeksi He4:ksi tapahtua 0,03:n atomipainon yksikön suuruinen massahäviö, joka suhteellisuusteorian mukaan (vı-t. siv. 53) Vastaa hyvin suurta energianhukkaa. Kääntäen pitäisi Heliumin atomiytimeen kohdistua kolminkertainen nopeimman tunnetun α-osasen energia, jotta se pystyisi hajoittamaan tämän atomiytimen; tämä siis selittää Heliumin atomiytimen pysyväisyyden. He3:n pysyväisyydestä ei vielä voida sanoa mitään varmaa, eikä myöskään sen suhteesta J. J. Thomsonin kanavasäde-analyysin avulla löytämiin ja nyttemmin myöskin Astonin toteamiin osasiin, joilla on yksinkertainen positiivinen varaus, ja joitten massa on = 3,02 (3 x 1,008).

175

Uusimmat tulokset ennen kirjan painoon menoa v.1927

Uusimmista tuloksista mainittakoon vielä seuraavat kaksi: 1. J. N. Brönstedt ja G. V. Hevesy ilmoittavat heidän onnistuneen saada isotoopit eroamaan osittain toisistaan haihduttamalla jaoittavasti elohopeaa ilmattomassa tilassa. Tiivistyneen, helpommin haihtuvan osan tiheys on pienempi, jäännöksen tiheys suurempi kuin lähtökohtana olleen aineen. Suurin eroavaisuus, joka on voitu todeta, on 5/100000 absoluuttisesta arvosta ja väitetään sen olevan 50 kertaa suurempi kuin tiheysmääräyksen epävarmuus (1. 2. Huomautuksessa mainitusta isotooppien ominaisuuksia koskevasta teoriasta teki kirjan tekijä mm. sen johtopäätelmän, että isotooppien atomien värähdystaajuudet ovat kääntäen verrannolliset atomipainojen neliöjuuriin, joten sen vuoksi on odotettavissa vastaavan suuruinen erotus ultrapunaisten jätesäteitten aallonpituuksissa. (1.

H.Grimm on jo pitkän aikaa Munchenin laboratoriossa koettanut

erottaa isotooppeja jaoittavan tislauksen avulla. 1½kg

tetrakloorimetaaneja jaoitettiin perinpohjin 1½m korkuisen,

lasihauleja sisältävän kolonnin avulla ja eri jaotteitten tiheyksiä

verrattiin toisiinsa. Suurin heinäkuussa 1920 erotus oli noin 3/10000

absoluuttisesta arvosta.

Koska kuitenkaan ei voitu havaita mitään säännöllistä tiheyssiirtymän

tapahtumista ja koska, omituista kylläkin, vaikeammin haihtuvan

jaoitteen tiheys oli pienin, ei ole aivan varmaa koeaineen huolellisesta

puhdistamisesta ja taittoindeksin täydellisesta konstanttisuudesta

huolimatta, etteikö tiheyden pieni siirtymä ehkä kuitenkin aiheutunut

vähäisten epäpuhtauksien läsnäolosta. Tämä kysymys saataneen täysin

yksikäsitteiseti ratkaistuksi, kun O.Höningscmid ja H.Grimm ovat

suorittaneet loppuun alkamansa tutkimukset vastaavien kloorilajien

yhdistymispainon määräämiseksi muuttamalla tetrakloorimetanin

suolahapoksi.

Kiinteisiin aineisiin nähden ei tätä ole koeteltu. E. S. Imes havaitsi kuitenkin kaasumaisessa kloorivedyssä, että ultrapunaisen osan jokaisella viivalla 1,76 µ:n kohdalla, jonka syntyminen aiheutuu varautuneitten atomien värähdyksistä, on heikompi seuralainen, jonka aallonpituus on 1,7 +0,ı µµ suurempi. F, W. Loomis ja hänestä riippumatta A. Kratzs sovittavat tämän kaksinaisuuden Cl35:n ja Cl37:n.

176

Vastaavien värähdysten aallonpituuksien täytyy suhtautua toisiinsa samoin kuin vaikuttavien massojen neliöjuuret, m = H x Cl / H+Cl ; siis nämä kaksi isotooppia suhtautuvat kuten √35/36 jaettuna √37/38 = 1:1,00075. Mutta 75/100000 1,76 µ:stä on = 1,32 µµ, mikä on kutakuinkin sopusoinnussa kokemuksen kanssa.

177

177 Alkuperäisen Kirjan Hakemisto

178

178

179

179

180

181

Uudistettu Versio 12/2011

Tämä kirja on äärimmäisen harvinainen eikä sitä ole mistään saatavissa. Mahdollisesti vain kaksi kappaletta on säilynyt ydinrovioista... Nyt edessäsi on uunituore historian romukopasta nostettu ja kiillotettu kopio. Tämän kirjan omistajan, aikakautemme merkittävän

ydintekniikan asiantuntijan ja suomenkin uraaniteollisuuden

likaiset salat murtaneen Arto Laurin tavoitat seuraavilta sivuilta:

- http://fi-fi.facebook.com/people/Arto-Lauri/100001566761594 - Ydintietous-Arkisto: sfnet.keskustelu.energia/ - kts. youtube'n ladatut videot - http://www.styrge.com/Betaflare.html - http://www.styrge.com/Videot.html K. Fajanus, 1900 luvun ydintekniikan huippufyysikko teki kirjan

joka on ajankohtainen yhä 100 vuotta myöhemmin. Kanavasäde 'oppi' on vain yksi Fajanuksen tärkeitä kuvauksia. Uuteen kuosiin tämän yhä ajankohtaisemman Arton kirjan kokosi ja toimitti sinullekin Ydintieto-Yhdistys 12/2011. Sisältö ja formaatti pyrkii seuraamaan alkuperäistä. YY:n tarkoitus on lisätä nykyisen höyrykauden ydintekniikan tietoutta kaikille ydinmaailman nenästä vedetyille, erityisesti Suomen Miehille ja kaikille kansoille - jotka ydinpimiön tahalliset ja mielettömät säteilyaltistukset saavat syöpäsairaaloissa kärsittäväkseen. Lisätietoa mm.: 'valtion virallisen

totuuden kaatopaikka' -blogisivustosta.

Einstein: "Uraani, mieletön tapa keittää vettä!"

...eli järjen käyttö sallittua:

- Energista ei ole - eikä tule - pulaa -

Lue kirja huolella ja levitä tätä asiatietoa kaikkialle - kirja ei kuulu

enää copyright lain piiriin ja täysin on vapaasti kopioitavissa ja

referoitavissa.