По современным измерениям заряд электрона равен 4,8∙10-10 абсолютных электростатических единиц, или 1,6∙10-19 кулона. Иначе говоря, в одном кулоне содержится такое количество электронов, которое определяется миллиардами миллиардов, а именно равно 6,25∙1018.
После измерения заряда электрона физики снова вернулись к опыту с магнитом и катодной трубкой, который был поставлен в конце прошлого столетия. Тогда они сумели очень точно измерить, насколько отклоняется электронный пучок в магнитном поле, и это позволило установить соотношение между зарядом электрона и его массой.
Теперь ученые повторили этот опыт и, зная величину заряда электрона, определили, что его масса действительно равна 9,1∙10-28 грамма.
Электрон — одна из мельчайших частиц материи. Он легче дробинки во столько же раз, во сколько раз дробинка легче земного шара.
Почти двадцать лет ученые трудились, чтобы измерить массу и заряд электрона и доказать его существование. Их усилия увенчались полной победой. Реальность электрона была утверждена опытом.
И вся история этого открытия блестяще подтвердила гениальное положение, выдвинутое товарищем И. В. Сталиным: «В противоположность идеализму, который оспаривает возможность познания мира и его закономерностей, не верит в достоверность наших знаний, не признает объективной истины, и считает, что мир полон „вещей в себе“, которые не могут быть никогда познаны наукой, — марксистский философский материализм исходит из того, что мир и его закономерности вполне познаваемы, что наши знания о законах природы, проверенные опытом, практикой, являются достоверными знаниями, имеющими значение объективных истин, что нет в мире непознаваемых вещей, а есть только вещи, еще не познанные, которые будут раскрыты и познаны силами науки и практики».[15]
В напряженной борьбе с мракобесами и реакционерами из идеалистического лагеря победу одержали представители передовой материалистической науки. Они на опыте доказали, что электрон — не плод воображения ученых, придумавших электрон только для того, чтобы было удобнее объяснить электрические явления.
Электрон действительно существует, и наши знания о нем — достоверные знания!
Глава четвертая. Пленники невидимой крепости
В 1869 году великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев совершил открытие мирового значения.
Изучая различные особенности химических элементов — их способность вступать в соединение друг с другом, их плотность, электропроводность и прочее— Менделеев обратил внимание, что среди них встречаются элементы, очень похожие друг на друга. Медь по своим свойствам родственна серебру — оба эти металла хорошо проводят тепло и электрический ток. А у серебра есть сходство с золотом.
Легкоплавкое и мягкое олово напоминает легкоплавкий и мягкий свинец.
Всем известный иод с его характерным запахом, фиолетовый в парообразном состоянии и буро-коричневый в растворе, похож на бром — вещество буро-красного цвета, очень едкое, с неприятным удушливым запахом, которому оно обязано своим названием (бром в переводе с греческого означает зловонный). Ближайшими родственниками брома являются — хлор, удушливый ядовитый газ зеленовато-желтого цвета и двойник хлора — фтор, газ желтовато-зеленого цвета с резким и неприятным запахом.
Таким образом у каждого химического элемента имеются по два-три (а иногда и больше) «родственника». Но эти «родственники» сильно отличаются друг от друга по одному признаку — по атомному весу.[16]
Если же взять элементы близкие друг другу по атомному весу, то опять наблюдается несомненная закономерность. Вот, например, натрий — это очень горючий металл. Он горит даже в воде, отнимая у нее кислород.
Его сосед по весу — магний — тоже горючий металл, его употребляют фотографы в качестве осветительного материала. Но магний загорается гораздо хуже натрия. Горюч и алюминий, сосед магния по весу, но спичкой его уже не подожжешь. Его приходится предварительно измельчать в порошок. В таком виде он входит в состав «термита», которым сваривают трамвайные рельсы.
Д. И. Менделеев с гениальной прозорливостью понимал, что сходство элементов не может быть случайным. В этом сходстве несомненно скрывается важная закономерность, и великий химик занялся поисками природы этой закономерности.
Для удобства работы ученый выписал названия химических элементов, их атомные веса и основные свойства на небольших кусочках картона. У него получилось 63 карточки, по числу известных в то время химических элементов.
Хотя многие из элементов тогда еще не были открыты, но закон, по которому повторяются сходные свойства, Менделеев установил.
В настоящее время известно сто элементов. Первым в списке стоит самый легкий элемент — водород, за ним следуют все остальные элементы, расположенные в порядке возрастающих атомных весов. К концу 1951 года список элементов замыкал уже вновь открытый элемент № 100 — центурий.
Для примера рассмотрим группу лития — натрия— калия. Все эго легкие, блестящие металлы. Если кусок калия или натрия бросить в воду, вспыхивает пламя. Металл разлагает воду на водород и кислород, жадно соединяясь с кислородом. Его окисел, растворяясь в воде, образует щелочь. Реакция идет так бурно, с таким выделением тепла, что и металл и водород загораются и пылают над водой. По своим химическим свойствам литий, натрий и калий необычайно похожи друг на друга. И в списке элементов они занимают определенные места: литий — третье, натрий — одиннадцатое, калий — девятнадцатое, то есть их разделяют восемь номеров.
Члены другого семейства химических элементов — фосфор, мышьяк и сурьма — ядовиты, хрупки, и в списке они отделены друг от друга восемнадцатью номерами. Точно также восемнадцатью номерами отделены хлор от брома и бром от иода. Между этими элементами также есть много общего.
Свойства более тяжелых элементов повторяются не через 8 или 18 номеров, а через 32 номера. На тридцать втором месте от олова стоит свинец. Золото от серебра отделено также 32 номерами.
8, 18, 32 — числа, явно связанные со свойствами элементов. Каждый восьмой, или восемнадцатый, или тридцать второй повторяют некоторые особенности своих более легких предшественников по списку. При этом следует обратить внимание, что и в этих числах 8, 18, 32 скрыта своя определенная математическая закономерность. 8 — это дважды два, помноженное на два. 18 — трижды три, помноженное на два. 32 — это четырежды четыре, помноженное на два.
Тут есть над чем призадуматься. Даже в порядковых номерах элементов, если они расположены по атомным весам, таится какой-то определенный и точный закон.
Периодическая система элементов
Менделеев открыл существование этого закона и доказал, что химические свойства элементов повторяются периодически, то есть через определенное число элементов, и образуют отдельные группы.
Чтобы значение установленного закона было очевидным и наглядным, Менделеев расположил все элементы в виде таблицы. Получилась знаменитая, всемирно известная «таблица периодической системы элементов».
В горизонтальных рядах таблицы элементы размещены в порядке последовательного изменения их свойств от металлов к металлоидам. В вертикальных столбцах они стоят по родственным признакам. Натрий расположился под литием, калий под натрием. Фосфор, мышьяк и сурьма сошлись в пятом столбце, а фтор, хлор, бром, иод — в седьмом.
Размещая карточки с названиями элементов в найденном порядке, Менделеев убедился, что атомные веса, которые были определены другими химиками, не всегда верны.
Атомный вес бериллия был указан — 13,5. Это невозможно! Бериллий по своим свойствам родственен магнию. Он должен стоять в вертикальном столбце над магнием. Следовательно, бериллий легче бора. И Менделеев, не прикасаясь к весам или к каким-либо приборам, действуя только на основании открытого им закона, зачеркивает 13,5 и пишет — 9.