Oceanv
%
Atmosfera
%
Razem
% T le n . . . O 4 7 - 3 8 5 - 8 2 3 - 0 5 0 - 0
K rzem . . S i 2 7 - 2 — -- 2 5 - 3
Glin . . A l 7 - 8 — -- 7 -2
Żelazo . . Fe 5 ■ 5 — -- 5-1
W a p ń . . Ca 3 - 8 0 - 0 5 -- 3 • 5
M agnez . M g 2 - 6 8 0 - 1 4 -- 2 - 5
Sód . . . N a 2 - 3 6 1 - 14 -- 2 - 2 8
P o tas . . K 2 - 4 0 0 - 0 4 -- 2 - 2 3
W odór . . H 0 - 2 1 1 0- 67 - 0 - 9 4
T y ta n . . T i 0 - 3 3 — -- 0 - 3 0
W ę g i e l . . C 0 - 2 2 0 - 0 0 2 -- 0 - 2 1
Chlor . . Cl 0 - 0 1 2 - 0 7 8 -- 0 ’ 15
Fosfor . . P 0 - 1 0 — -- 0 - 0 9
Siarka . . 5 0 - 0 3 0 - 0 9 0 04
' Azot . . N 7 7 - 0 0 0 2
R ozróżniam y z jednej strony p i e r w i a s t k i m e t a l i c z n e , do których należą np. złoto, srebro, miedź, żelazo, cyna, cynk, glin, a z drugiej — cały szereg innych, które nie posiadają własności m etali, a więc są złemi przew odnikam i prądu elektrycznego i ciepła, nie m ają połysku metalicznego i t. d. Roszą one nazwę m e t a l o i - d ó w . takiem i są np. węgiel, tlen, siarka, chlor. Podział na metale i m etaloidy nie je s t i nie może być ścisły, gdyż znam y ciała, które równie dobrze do obu ty ch g ru p zaliczyć można. Niewielka tylko liczba pierw iastków np. tlen, azot, siarka, węgiel, rtęć, platyna, złoto z najduje się w przyrodzie w postaci wolnej. Przew ażnie pier
w iastki otrzym yw ać trzeba z ich połączeń zapomocą rozm aitych re- akcyj chemicznych.
3. D o k ł a d n ie j s z e ok r e ś le n ie pojęcia pierwiastka. — Pogląd na pierw iastek, jako na ostateczną granicę rozkładu m aterji, oparty został, ja k o tem była mowa wyżej, w yłącznie na doświadczalnem stw ierdzeniu, iż są pewne g atu n k i m a te rji, które zapomocą
do-*) L iterc duże przy nazwach pierwiastków oznaczaja_ skrócenia łacińskich nazw. np.: O — O xygem um , S i — SHicium, N a — N atrium i t. d.
— 10
-stępńych dla nas środków zarówno fizycznych jak i chemicznych rozłożyć się nie dają. Tych nierozkładalnych, a więc prostych g a tunków m aterji istnieje tylko stosunkowo niewielka, ograniczona ilość.
W e wszelkich przemianach chemicznych te proste g atu n k i materji,.
czyli pierw iastki — nie ulegają zmianie.
Twierdzenia te są wyłącznie wynikiem doświadczenia. Bez u s ta lenia tych tw ierdzeń niepodobna byłoby w yobrazić sobie możności rozwoju chemji, jako nauki. A jednak twierdzenia te w ostatnich dwudziestu pięciu latach zostały przez odkrycie nowych faktów w pewnym stopniu zakwestjonowane. F aktam i temi s ą : 1) odkrycie promieniotwórczości, jako nieznanej poprzednio zasadniczej własności pewnych gatunków m aterji, 2) dokonanie rozkładu niektórych pier
wiastków, jak np. azotu, przy pomocy ciał promieniotwórczych.
Nie wchodząc na razie bliżej w opis zjaw isk i ciał promienio
twórczych, co będzie treścią kilku ostatnich rozdziałów tej książki, rozważmy tu tylko to, co w zjawiskach tych w ystępuje jako po
zorna sprzeczność z powyższem pojęciem pierw iastka chemicznego.
Pierwszem ciałem promieniotwórczem, które jako takie poznano, był r a d . Z asługa tego odkrycia, dokonanego w 1898 r., wiąże się nazawsze z nazwiskiem Curie - Skłodow skiej. R ad je s t ciałem w minimalnych tylko ilościach wchodzącem w skład pewnych mi
nerałów, u r a n zawierających. Stwierdzono następnie, że analogiczne własności promieniotwórcze są swoiste i kilku innym ciałom, znanym już dawniej i jako pierw iastki uznanym. Są niem i: u r a n i t o r , a także kilka innych później odkrytych, ja k np. a k t y n . Is to ta promieniotwórczości, ja k się okazało, tkw i w samorzutnym rozpadzie pierw iastka promieniotwórczego, przyczem pierw iastek ten drogą kolejnych przemian przechodzi ostatecznie w trw a ły pierw iastek zwykły, nie posiadający już własności promieniotwórczych. T ak np.
r a d przez wielostopniowe samorzutne przem iany przeobraża się końcowo w dwa znane zwykłe p ie rw ia s tk i: h e l i o ł ó w . P rzem iany te odbywają się jednak zwykle bardzo powoli, — w okresach czasu, które obliczają się niekiedy na la t tysiące. Promieniotwórczych prze
mian nie można jednak ani przyspieszyć ani zatrzym ać, ani wogóle w czemkolwiekbądź zmienić. Są one zawsze samorzutne, są własnością swoistą pewnych tylko aczkolwiek stosunkowo nielicznych prostych gatunków materji.
Wobec powyższego powstaje pytanie, czy te promieniotwórcze gatunki m aterji są istotnie gatunkam i m aterji prostej, czy są więc one pierwiastkami, skoro ulegają, aczkolwiek tylko sam orzutnie, dalszym przeobrażeniom. W pierwszej chwili zdaw aćby się mogło, że nie, jeśli przez pierwiastek rozumieć mamy taki g atunek m aterji, który żadnemu dalszemu rozkładowi ulec nie może. Skoro jednak za p i e r w i a s t e k u w a ż a ć b ę d z i e m y t y l k o t a k i g a t u n e k m a t e r j i , k t ó r y we w s z y s t k i c h j a k i c h k o 1 w i e k b ą d ź p r z e m i a n a c h c h e m i c z n y c h p o z o s t a j e n i e z m i e n n y , b e z w z g l ę d u n a p o ł ą c z e n i a , w j a k i e z i n n e m i p i e r w i a s t k a m i w c h o d z i , l u b z n i c h z p o w r o t e m w y d o b y t y b y ć
m o ż e , — w takim razie promieniotwórcze gatunki m aterji do pier
wiastków zaliczyć musimy. W samej rzeczy — zarówno uran, jak i tor i rad, mimo że są promieniotwórcze, wchodzą w najrozmaitsze po
łączenia z pierw iastkam i zwykłemi, a z ty ch połączeń z powrotem bez jakiejkolw iek zm iany w szystkich swych własności, nie w y łą
czając własności promieniotwórczych, w ydobyte być mogą. Żadną reakcją chemiczną, w które one wejść mogą, ani też żadnemi środ
kami fizycznemi ich promieniotwórczego rozpadu ani przyspieszyć ani zatrzym ać niepodobna. Promieniotwórczy rozkład, aczkolwiek dla każdego z nich różny co do czasu trw ania, odbywa się nieustannie bez w zględu na to, czy pierw iastek promieniotwórczy je s t w stanie wolnym, czy też wchodzi w skład jakiegobądź połączenia chemicz
nego.
Z powyższych rozważań w ynika więc, że określenie pierwiastka, jako ostatecznej g ran icy rozkładu m aterji nie je s t dla ciał promie
niotwórczych trafne. To samo zmuszeni jesteśm y stwierdzić także i co do zw ykłych pierw iastków niepromieniotwórczych. Jeśli jakieś ciało nie daje się zapomocą działania dostępnych nam dziś środków rozłożyć, nie znaczy to jeszcze, by ciało to w żaden sposób rozło
żone być nie mogło, gdyż n ig d y pewni być nie możemy, żeśmy energję potrzebną do rozkładu tego ciała w dostatecznym stopniu na nim skupili. W praw dzie najpotężniejsze skupienia (napięcia) energji, ta k ja k one w ystępują w zjawiskach naturalnych na ziemi, a również i na innych ciałach niebieskich (słońcach), lub ja k je sztucznie stosujem y w nauce i technice, nie są w stanie spowodować rozkładu choćby jednego ze znanych nam obecnie pierwiastków.
Dokładne jednak zbadanie zjaw isk promieniotwórczych wykazało, że w procesie promieniotwórczego rozpadu pierw iastka w ystępują takie w yładow ania energji, jakie w żadnych znanych nam i dostępnych zjawiskach przyrody miejsca nie mają. Ciało promieniotwórcze w y rzuca bowiem z siebie bezustannie ta k z w a n e c z ą s t k i alfa (a), naładowane elektrycznie, które po stracie naboju elektrycznego stają się pierw iastkiem gazowym — h e l e m . Te cząstki, aczkolwiek bardzo drobne, o masie niezmiernie małej, wynoszącej zaledwie ok. 4-kwad- ryljonow ych ( 4 x l 0 ~ 24) części gram a, posiadają niezwykłą chyźość, rów nającą się ok. 1 / 2 0 szybkości światła, tj. ok. 15 0 0 0 kilometrów na jedną se k u n d ę ! Je śli zważymy, że najwyższa osiągalna dziś szyb
kość pocisków broni palnej niewiele przekracza 1 km (kilometr) na sekundę, a w zjawiskach kosmicznych np. ruchu ziemi dokoła słońca dochodzi zaledwie 30 km na sec, jeśli nadto uprzytom nim y sobie, że energja E poruszającego się ciała w zrasta z kw adratem jego chyżości, a mianowicie : E = 1 / 2 m. w2, gdzie m je s t masą, a u szyb
kością, to łatw o wywnioskować możemy, jak ogromne napięcie energji kinetycznej skupione je s t w wyrzucanej z powyższą szybkością z ciała promieniotwórczego drobniutkiej cząstce a.
W toku dalszych części w ykładu dowiemy się, iż m aterja w stanie gazowym by tu je w postaci rozdrobionej na niezależne od
— 11 —
— 12 —
siebie cząstki, któremi są tak zwane d r o b i n y ( m o l e k u ł y ) , złożone zwykle z kilku jeszcze drobniejszych cząstek, zwanych a t o m a m i . Każdemu rodzajowi m aterji prostej, czyli k a ż d e m u o d r ę b n e m u p i e r w i a s t k o w i o d p o w i a d a o d r ę b n y r o d z a j a t o m ó w . Tych różnych gatunków je s t tyle tylko, ile je s t pierw iastków . Masy pojedynczych atomów są bardzo małe, tak np. m a s a a t o m u w o d o r u j e s t równa J / 4 m asy c z ą s t k i a, a więc wynosi ok. */4. 4 . 10—2 4= 1 0 ~ 2ig, t l e n u — czterokrotną a, a z o t u — 3V2 krotną i t. d. Cząstki gazu, tj. drobiny gazowe są od siebie niezależne i znajdują się w u s ta wicznym ruchu, którego szybkość je s t zależna od m asy drobiny i tem peratury. T a średnia szybkość w 0° C w ynosi dla wodoru (naj
lżejszego z pierwiastków) 1700 m na sec, dla cięższych mniej, — np. dla azotu 450 m, dla tlenu 425 ni na sec i t. d. J e ś li atom dro
biny takiej, np. atom azotu (drobina azotu składa się z 2 atomów) trafiony zostanie pociskiem a cząstki, pędzącej z zaw rotna szybkością
15 0 0 0 km na 1 sec, spodziewać się można, że atom ten energją
uderzenia zostanie rozmiażdżony. Temi to rozważeniami wiedziony R utherford, przez zbombardowanie atomów azotu, zdołał stw ierdzić odczepianie się od nich wodoru, innemi słowy dokonał rozkładu jednego z prostych gatunków materji, czyli pierw iastka. Metodą tą udo
wodniono następnie możność rozbicia wielu innych atomów, np. boru, fluoru, sodu, glinu, fosforu, a więc s t w i e r d z o n o m o ż n o ś ć r o z k ł a d u p i e r w i a s t k ó w .
Wobec tych faktów pierwotne o k r e ś l e n i e p i e r w i a s t k a , jako g atunku materji, nie ulegającej zgoła żadnemu rozkładowi, musiało upaść, nie odpowiada bowiem rzeczywistości. W sz y stk ie cotylko w y mienione ciała są jednak istotnie pierw iastkam i w tern znaczeniu, że są to takie g a t u n k i m a t e r j i , k t ó r e p r z y w s z e l k i c h m o ż l i w y c h r e a k c j a c h c h e m i c z n y c h z a c h o w u j ą n i e z m i e n n o ś ć , a w g r a n i c a c h z w y k ł y c h ś r o d k ó w d o ś w i a d c z a l n y c h , c h o ć b y n a w e t b a r d z o z n a c z n y c h n a p i ę ć e n e r g j i , r o z k ł a d o w i n i e u l e g a j ą . P ierw iastk i promieniotwórcze, a p ier
w iastki zwykłe (niepromieniotwórcze) różnią się w istocie tern, że istnienie pierwszych je s t ograniczone w czasie, istnienie zaś drugich je s t nieograniczone.