Астрономия

Что характерно для развития астрономии в ХХ веке?

– Важнейшими достижениями астрономии в ХХ веке были создание внегалактической астрономии, разработка модели нестационарной Вселенной, радикальное изменение методов и средств получения информации о космосе. Характерной чертой развития астрономии второй половины ХХ столетия является то, что она, во-первых, стала всеволновой. До этого времени вся информация о Вселенной получалась через узкий диапазон видимого света. Резкое расширение возможностей наблюдения в астрономии произошло в связи с открытием в 1931 г. американским инженером К. Янским радиоизлучения Млечного пути. В результате развития радиоастрономии, рентгеновской и гамма-астрономии астрономия превратилась во всеволновую. Во-вторых, колосальное увеличение эмпирической информации и использование для её осмысления современной физики, в том числе физики микромира, привело к созданию четкой картины строения и эволюции Метагалактики. Выдающиеся достижения этого времени дают основание считать, что в астрономии произошла вторая после коперниканской научная революция.

Когда звёзды стали изучаться как физические тела?

– Звёзды как физические тела стали изучаться с начала 20-х гг. ХХ века. С этого времени стали исследоваться структура звёзд, источники их энергии, условия равновесия, время жизни и др. Это был очень важный шаг в развитии астрономии. Он был связан прежде всего с успехами атомной физики.

Когда стала развиваться внегалактическая астрономия?

– Внегалактическая астрономия появилась в начале 20-х гг. ХХ века, когда было понято, что известные ранее туманности представляют собой звёздные системы, находящиеся за пределами нашей галактики. Это произошло в результате работ шведского астронома К. Лендмарка, разложившего на звёзды часть одной из туманностей, а также исследований американского астронома Э. Хаббла, установившего звёздную природу спиральных рукавов туманности Андромеды, определившего расстояние до туманности Андромеды и доказавшего в 1926 г., что она находится за пределами нашей галактики и представляет собой другую галактику. В это время выяснилось, что многие туманности представляют собой галактики.

Когда в науке появились первые модели нестационарной Вселенной?

– Построение моделей нестационарной Вселенной началось после публикаций (1922–1924) российского ученого А.А. Фридмана. Эти идеи нашли своё подтверждение в установленном Э. Хабблом (США) законе разбегания галактик (1929).

Когда и кем начала разрабатываться модель нестационарной горячей Вселенной?

– Модель нестационарной горячей Вселенной стала разрабатываться в 1946 г. Г. Гамовым (США). После открытия в 1965 году американскими учёными А. Пензиасом и Р. Вилсоном реликтового излучения, которое было истолковано как доказательство правильности идеи о горячем начале Вселенной, в результате усилий группы теоретиков была построена замечательная теория «Большого взрыва», которая раскрыла особенности глобальной эволюции Вселенной.

Когда люди узнали, за счёт чего светят звёзды?

– В 1938 г. немецкие физики К. Вейцзеккер и Г. Бете установили, что звёзды, в том числе и Солнце, светят в результате происходящего на них термоядерного процесса синтеза из водорода более тяжёлых элементов.

Когда был изобретён радиотелескоп?

– Первый радиотелескоп был построен в 1937 г. Г. Ребером (США). С использованием радиотелескопа для астрономических наблюдений связано развитие всеволновой астрономии, которая привела к революции в познании космоса.

Что такое Метагалактика?

– Метагалактикой называется совокупность всех галактик, или Вселенная.

Сколько галактик в Метагалактике?

– В Метагалактике десятки миллиардов галактик.

Каковы размеры Метагалактики?

– Размеры Метагалактики (современной Вселенной) – ок. 210¹⁴ млрд км (210¹⁰ cв. лет).

Когда возникла Метагалактика?

– Метагалактика возникла около 20 млрд лет назад.

Стационарна ли Метагалактика?

– Нет, в настоящее время она расширяется со скоростью около 51 000 км/с.

Какую часть массы Вселенной составляет масса звёзд?

– В звёздах сосредоточено ок. 98–99% всей массы Вселенной.

Каковы начальные стадии развития Метагалактики?

– Когда прошло 10^–43 секунды, температура Вселенной была Т = 10³² К, плотность – 10⁹³ г/см³. После того, как прошло 10^–35 с осуществился синтез кварков и установилось преобладание вещества над антивеществом. Через 1 секунду температура Вселенной была Т = 10¹⁰ –10⁸ К и началось образование ядер легких элементов (H и He). Оно продолжалось около 100 секунд. В это время температура Вселенной была приблизительно равна 10⁹ К, а плотность – 10² г/см³. Через 1 млн лет вещество представляло собой плазму. Атомы не могли образовываться, поскольку они постоянно разрушались высоко энергичными фотонами. После того, как температура Вселенной упала до 4 000, стали образовываться атомы. Наступила эпоха разделения вещества и излучения. Фотоны стали свободно распространяться. Этот процесс фиксируется сейчас в виде реликтового излучения.

Каковы основные типы космических объектов?

– Основными типами космических объектов являются:

• звёзды;

• межзвёздная среда;

• галактики;

• скопления галактик;

• Метагалактика.

Как велика может быть плотность космических объектов?

– Плотность космических объектов в нейтронных звёздах достигает огромной величины – порядка 10¹⁴ г/см³.

Каково возможное будущее Метагалактики?

– Метагалактика имеет две основные возможности эволюции:

Первая.

Она будет продолжать расширяться. И тогда через многие миллиарды лет – 10³² лет – в ней распадется всё вещество и даже все тяжёлые элементарные частицы, останутся одни легкие элементарные частицы (лептоны) и чёрные дыры, температура в Метагалактике будет постоянно уменьшаться и приблизится к абсолютному нулю (–273 °С).

Вторая.

Она через некоторое время начнёт сжиматься. Тогда температура в Метагалактике будет повышаться, всё вещество распадется, все элементарные частицы распадутся, концентрация энергии достигнет огромных величин и Метагалактика исчезнет в вакууме. Критическая плотность Метагагалактики, которая определяет первую или вторую возможность, равна 10^–29 г/см³.

Когда сложился химический состав Метагалактики по легким элементам – водороду и гелию?

– Процесс образования в Метагалактике водорода и гелия продолжался около 100 секунд после начала «Большого взрыва».

Каков химический состав Метагалактики?

– Распространенность элементов (по массе) в Метагалактике:

H – 77%

He – 21%

Все другие элементы – 2%

При каких условиях появляются тяжелые химические элементы?

– Тяжёлые химические элементы возникают в звездах в результате термоядерных процессов. Элементы от С до Fe образуются в недрах звёзд на спокойной стадии их эволюции. Более тяжёлые элементы рождаются во время взрывных процессов типа вспышек сверхновых звёзд.

Каковы размеры галактик?

– Размеры измеряются несколькими сотнями световых лет. Размеры самой большой из известных галактик – 6 млн световых лет.

Сколько звезд в галактике?

– В галактиках содержатся сотни млрд. звёзд. Самая большая из известных галактик, открытая в начале 90-х гг. XX века, содержит около 1000 млрд звёзд.

Какие основные формы имеют галактики?

– В Метагалактике из всех изученных галактик имеют:

• спиральную форму (S) – около 50%,

• эллиптическую (Е) – около 25%,

• линзообразную (SO) – около 20%,

• неправильную форму (Ir) – около 5%.

Каковы расстояния между звёздами?

– Расстояния между звёздами в среднем в 20 млн раз больше их диаметров.

Каковы расстояния между галактиками?

– Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях несколько сотен кпк. Это примерно в 10–20 раз больше размера крупнейшей галактики.

Что такое звезда?

– Звезда – это самосветящееся небесное тело, состоящее из раскаленных газов, в недрах которого идут термоядерные процессы.

Каковы источники энергии звезды?

– Существуют два источника энергии звезд: гравитационное сжатие и термоядерные реакции. Гравитационное сжатие приводит к разогреву звезды. При 1 млн градусов начинают выгорать дейтерий, литий, бор. Но, поскольку этих элементов в звёздах очень мало, гравитационное сжатие продолжается. Оно приводит к разогреву звезды до 10–15 млн градусов. Теперь начинает осуществляться термоядерная реакция превращения водорода в гелий с большим выделением энергии и сжатие звезды прекращается.

Сколько звёзд содержит Галактика?

– Наша Галактика содержит около 200 млрд звёзд.

Каковы размеры Галактики?

– Диаметр Галактики ок. 100000 св. лет, а толщина ок. 12 000 св. лет.

Каково строение Галактики?

– Наша Галактика относится к классу спиральных галактик. Её центр представляет плоский диск с шарообразным утолщением, от которого отходят рукава.

Каково время обращения Галактики вокруг её центра?

– Время обращения Галактики вокруг своего центра ок. 250 млн лет.

Какова общая масса Галактики?

– Её общая масса оценивается в 25000010⁶ солнечных масс.

Как распределена масса Галактики между звездами и газом?

– Основная масса Галактики представлена звездами. Они составляют 98% всей массы Галактики.

Каков возраст Галактики?

– Возраст Галактики около 15 млрд лет.

Как далеко от нашей Галактики находятся ближайшие к нам галактики?

– Ближайшие к нам галактики – Магеллановы Облака (Большое и Малое) – находятся на расстоянии около 200000 световых лет. Это маленькие галактики. Ближайшая же к нам большая галактика находится на расстоянии, в 10 раз большем. Это – Туманность Андромеды, содержащая около 250 млрд звёзд. Она отстоит от нас на 2,3 млн световых лет.

Когда началось изучение галактик?

– Галактики стали интенсивно изучаться с 1920 г., когда шведский астроном К. Лундмарк разложил на звёзды часть спиральной туманности М 33, а затем Э. Хаббл установил звездную природу спиральных рукавов туманности Андромеды. С этого началась внегалактическая астрономия.

Каковы размеры звёзд?

– Звёзды бывают разной величины. Существуют сверхгиганты, превосходящие Солнце по диаметру в несколько сотен раз. Например, красный сверхгигант Бетельгейзе превосходит по диаметру Солнце в 850 раз. По массе он в 300 раз больше Солнца. Вместе с тем имеются малые звёзды – белые карлики, диаметр которых в 100 раз меньше диаметра Солнца, а масса в 300 раз меньше массы Солнца. Устойчивыми бывают звёзды, не превосходящие по массе 60 масс Солнца.

Происходит ли в настоящее время рождение звёзд?

– Рождение звёзд происходит непрерывно. Они рождаются в результате гравитационной конденсации вещества межзвёздной среды. Громадное большинство звёзд имеет примерно одинаковый химический состав, и он соответствует распространённости элементов в космосе.

Сколько лет существуют звёзды?

– Звезда, подобная Солнцу, живет около 10 млрд лет. Звезда, имеющая массу, в 3 раза большую массы Солнца, просуществует всего 1 млрд лет. У звёзд с массой в 10 солнечных масс время жизни 100 млн лет, а у звёзд с 50 солнечными массами – около 3 млн лет.

Какие существуют наиболее характерные типы звёзд?

– Наиболее характерными звёздами являются:

• белые карлики;

• красные гиганты;

• красные карлики,

• нейтронные звёзды;

• цефеиды;

• вспыхивающие звёзды;

• новые звёзды;

• сверхновые звёзды.

БЕЛЫЕ КАРЛИКИ

– звёзды с массами, сравнимыми с массой Солнца, примерно в 100 раз меньшими размерами, с большой плотностью (10⁶ г/см³). Температура белых карликов – 510³ – 710⁴ К. Ускорение свободного падения у белых карликов – 10⁸ см/с². В нашей Галактике белые карлики составляют 3–10% всех звёзд.

КРАСНЫЕ ГИГАНТЫ

– относительно холодные (3000–5000 К) звёзды с большой протяжённостью (до 10⁵ – 10⁶ размеров Солнца); они имеют горячее плотное ядро и очень разряженную протяженную оболочку; их масса превышает массу Солнца более, чем в 8–10 раз.

КРАСНЫЕ КАРЛИКИ

– звёзды, обладающие очень низкой светимостью и небольшими размерами (0,1–0,9 от размеров Солнца). В центре красного карлика температура ок. 10 млн градусов, плотность ок. 1000 г/см³. В Галактике содержится ок. 310¹¹ красных карликов.

НЕЙТРОННЫЕ ЗВЕЗДЫ

– звёзды, состоящие в основном из нейтронов, с небольшим количеством электронов, протонов и более тяжелых ядер. Они представляют одну из возможных конечных стадий в эволюции звёзд большой массы. Существование их было предсказано в 30-е гг. ХХ века. Были обнаружены английским астрономом Э. Хьюишем в 1967 г. в виде импульсных источников радиоизлучения – пульсаров. К 1984 г. было открыто ок. 400 пульсаров. Плотность нейтронной звезды – 2,810 г/см³ = 2,8100 млн т/см³. Типичная нейтронная звезда имеет массу – 1,3 солнечной массы, а радиус – 18^–10 км. В Галактике одна нейтронная звезда рождается в среднем за десять лет. Возраст Галактики 10 млрд лет, следовательно в ней существует ок. 1 млрд нейтронных звёзд.

ЦЕФЕИДЫ

– переменные звёзды-сверхгиганты, изменяющие блеск с периодом от 1 до 50 суток (в других галактиках до 218 суток); получили название по первой открытой в 1783–1784 гг. астрономами-любителями Дж. Гудрайком и Э. Пиготтом переменной звезде Цефеи. Установленная в 1908 г. американским астрономом Г. Ливитт зависимость между яркостью цефеид и периода изменения их блеска позволила определять расстояния до них, а также расстояния до тех галактик, в которых они находятся.

ВСПЫХИВАЮЩИЕ ЗВЁЗДЫ

– переменные звёзды, резко и непериодически изменяющие свой блеск. Первая вспыхивающая звёзда была обнаружена в 1924 г. Известно ок. 100 вспыхивающих звёзд в окрестностях Солнца и ок. 1000 в ближайших звёздных скоплениях. Вспышки на этих звёздах той же природы, что и вспышки на Солнце, но протекают быстрее и имеют в 100–10000 раз большую мощность.

НОВЫЕ ЗВЁЗДЫ

– звёзды, блеск которых внезапно увеличивается в тысячи и миллионы раз, а затем медленно спадает. Их светимость уже через несколько лет возвращается в первоначальное положение. Их название сложилось в связи с тем, что их рассматривали как вновь возникшие. В начале ХХ века было доказано, что такие звёзды существуют и до вспышки, но просто из-за слабой светимости не видны. По своим параметрам в спокойном состоянии эти звёзды относятся к звёздам-карликам. Ежегодно в Галактике вспыхивают около 100 новых звёзд. На Земле обнаруживается 1–2 из них.

СВЕРХНОВЫЕ ЗВЁЗДЫ

– звёзды, в которых происходит катастрофический взрыв, сопровождающийся огромным увеличением их блеска. Максимум блеска звезды достигается через две-три недели после взрыва, а затем в течение последующих 100 дней уменьшается в 25–50 раз. Вспышки сверхновых звёзд – важнейший источник космического излучения. При этих взрывах происходит синтез тяжелых элементов, которые выбрасываются в космос. В итоге образуются нейтронные звёзды. К сверхновым звёздам относят вспышки звёзд с мощностью более 10⁴¹ эрг/с. Эта мощность существенно превосходит мощность излучения новых звёзд; она в млрд раз превосходит мощность вспышек на Солнце; название «сверхновые звёзды» было предложено американскими астрономами Ф. Цвикки и У. Бааде в 1934 г. По современным представлениям вспышка сверхновой звeзды – это взрыв звезды с выделением энергии 10⁵⁰ – 10⁵¹ эрг. В момент максимального блеска звeзда имеет размеры ок. 1,510¹⁵ см, т. е. в 100 раз превышает размеры земной орбиты; продолжительность наблюдения такой вспышки от 150 до 350 суток. В среднем в галактике, подобной нашей происходит один-два взрыва такого рода. В нашей Галактике последние вспышки сверхновых звёзд наблюдались в 1572 г. Т. Браге и в 1604 г. И. Кеплером. Название «сверхновые звёзды» было дано по аналогии с «новыми звёздами».

Что такое чёрная дыра?

– Чёрная дыра – это область пространства, в которой поле тяготения настолько велико, что из неё не может вырваться даже свет. Для того, чтобы гравитация могла удерживать свет, звезда должна сжаться до гравитационного радиуса. Гравитационный радиус Солнца ок. 3 километров. Чёрные дыры постоянно увеличивают свою массу за счет захвата газа и излучения. Размеры этих удивительных объектов порядка десяти км, а плотность вещества превышает сотни млн. тонн в куб. см. При таких малых размерах, да еще когда чёрная дыра не излучает света, обнаружить её оказывается чрезвычайно трудно. Вместе с тем черная дыра является конечной стадией эволюции массивных звёзд (массой более 2–3 масс Солнца), поэтому их должно быть много во Вселенной и нашей Галактике. Чёрная дыра может своим гравитационным полем вызвать бурные процессы при падении на нее газа, особенно если он перетекает на чёрную дыру из звезды-гиганта, вместе с которой она образует двойную звезду. В настоящее время имеются сообщения об обнаружении 20 чёрных дыр, которые по массе своей в несколько раз превосходят Солнце. На конференции Американской астрономической ассоциации, проходившей в 2000 г., было объявлено об открытии трех гигантских чёрных дыр, одна из которых находится на расстоянии 25 млн световых лет, а две других на расстоянии порядка 100 млн. световых лет. Их масса в 50–100 млн раз больше массы Солнца. Предсказание существования чёрных дыр впервые было обосновано в 1939 г. Р. Оппенгеймером (США) и Г. Волковым (США). Сам термин «черная дыра» был предложен в конце 60-х гг. ХХ века известным американским физиком Д. Уилером.

Что собой представляют квазары?

– Квазары – активные ядра очень далеких галактик. Это самые мощные источники излучения во Вселенной (10⁴⁶ – 10⁴⁷ эрг/с). Мощность излучения Солнца – 410³³ эрг/с – в сравнении с мощностью квазаров ничтожно мала. Квазары находятся на огромных расстояниях от Солнца – более 200 Мпк, или ок. 650 млн световых лет. Квазары были открыты в 1963 г. М. Шмидтом (США). В 1985 г. было известно уже 1500 квазаров.

Что такое Солнечная система?

– Солнечная система – это Солнце (звезда) и вращающиеся вокруг него 9 планет, а также пояс астероидов (малых планет), кометы, метеорные тела.

Что такое планета?

– Планета (от греческого «блуждающая звезда») – небесное тело, движущееся вокруг звезды в её гравитационном поле и светящееся отраженным светом.

Каково место Солнца в Галактике?

– Расстояние Солнца до центра Галактики ок. 30000 св. лет, оно равно 310⁸ млрд км.

С какой скоростью относительно других звёзд нашей Галактики движется Солнечная система?

– Солнечная система движется относительно межзвёздной среды со скоростью 20–25 км/с.

Почему светит Солнце?

– Солнце светит потому, что в его недрах идут термоядерные процессы с выделением огромной энергии.

Каковы размеры Земли, Солнца, Солнечной системы?

Радиус Земли – около 6 400 км

Радиус Солнца – около 700 000 км

Радиус Солнечной системы – около 6000000000 км

Какая доля массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце?

– В Солнце сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы.

Какова температура Солнца?

– Температура на поверхности Солнца – 5780 градусов, а в центре звезды – 16 млн градусов.

С какой скоростью Солнце движется вокруг центра Галактики?

– Средняя скорость движения Солнца вокруг центра Галактики равна 250 км/с.

Каков химический состав Солнца?

– Солнечное вещество, имея среднюю плотность 1,41 г/см³, содержит по массе свыше 70% водорода, свыше 27% гелия, около 2,5% других элементов.

Каково ускорение силы тяжести на Земле, на Луне, на Солнце?

– Ускорение силы тяжести (м²/с):

на Луне – 1,6

на Земле – 9,8

на Солнце – 273,98

Сколько планет в Солнечной системе?

– В Солнечной системе 9 планет:

• внутренние – Меркурий, Венера, Земля, Марс

• внешние – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон

Какие планеты видны невооруженным глазом?

– Невооруженным глазом видны: Венера, Марс, Меркурий, Сатурн, Юпитер, Уран.

Какая планета Солнечной системы самая далекая?

– Самой далекой от Солнца планетой в Солнечной системе является Плутон (около 6000000000 км).

Каково время обращения Плутона вокруг Солнца?

– Плутон обращается вокруг Солнца за 247,7 лет.

Какая планета Солнечной системы самая большая?

– Самая большая планета Солнечной системы – Юпитер. Его радиус равен 71 400 км.

Какие планеты Солнечной системы имеют твердую поверхность?

– Твёрдую поверхность имеют Земля, Меркурий, Венера, Марс, вероятно также, Плутон.

Какие планеты Солнечной системы с твердой поверхностью имеют атмосферу?

– Атмосферу имеют Венера, Земля и Марс. Плотность атмосферы вблизи поверхности на Венере примерно в 100 раз выше, а на Марсе – в 150 раз ниже, чем на Земле. На Меркурии атмосферное давление не превышает 0,0000000001 давления атмосферы Земли.

Какова температура поверхности планет земной группы?

– Средняя температура Земли – 288 К, Венеры – 735 К.

Экваториальная температура

	в полдень	ночью
Меркурий	750 K	100 K
Марс	300 K	147 K

На каких планетах Солнечной системы имеется вода?

– Вода имеется только на Земле. На Марсе существует в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота) лед.

Как величина планеты влияет на возможную высоту горных образований?

– Чем больше размеры планеты и её масса, тем больше будет действие сил гравитации, которые определяют предел текучести горных пород. Для Земли максимальная высота гор около 10 км, на Марсе – около 25 км.

Имеются ли планетные системы, отличные от Солнечной?

– Да, имеются. Даже в нашей Галактике их, по-видимому, существует немало. Однако обнаружить такие системы непросто. Первое сообщение об открытии новой планетной системы появилось в 1991 г. Польский ученый А. Вольцшан, работавший в США, описал систему из 3 планет, вращающихся вокруг нейтронной звезды. В 1995 г. швейцарские астрономы М. Майор и Д. Келоз объявили об открытии планеты около звезды 51 в созвездии Пегаса. К началу нового тысячелетия имелось свыше 20 такого рода сообщений. В 1997 году поступило сообщение об открытии планетной системы, находящейся сравнительно недалеко от нас – на расстоянии 56 световых лет.

Каково расстояние от Земли до Солнца?

– Расстояние от Земли до Солнца – около 150000000 км.

Какова скорость света?

– Скорость света составляет около 300 000 км/с.

Сколько времени свет идёт от Солнца до Земли?

– Свет от Солнца до Земли идет около 8 минут.

Какая звезда на небе самая яркая?

– Самой яркой звездой неба является Сириус.

Что такое световой год?

– Световой год – это расстояние, которое проходит свет за один год. Световой год равен 9 460 млрд км.

Какая звезда ближайшая к Солнечной системе и каково расстояние до нее?

– Ближайшими к Солнечной системе звёздами являются Проксима Центавра (4,30 св. года) и Альфа Центавра (4,34 св. года).

Какое небесное тело является ближайшим к Земле?

– Ближайшим к Земле небесным телом является Луна – спутник Земли. Она находится на расстоянии 384 400 км от Земли и движется вокруг неё со скоростью в 1,02 км/с. Масса Луны в 81,3 раза меньше массы Земли, а радиус – 1738 км. На Луне нет атмосферы и воды, поверхность её днем нагревается до +110 °С, а ночью остывает до –120 °С.

Когда возникло Солнце?

– Солнце возникло около 5 млрд лет назад.

Когда возникла Земля?

– Земля возникла около 4,6 млрд лет назад.

Каково будущее Солнечной системы?

– Звезды, подобные Солнцу, существуют около 10 млрд лет. Солнце уже существует 5 млрд лет. В будущем ему предстоит превратиться в красный гигант, увеличив свои размеры в несколько тысяч раз. Затем Солнце сбросит свою оболочку и останется белый карлик размером с Землю, которому предстоит медленное остывание.

С какой скоростью Земля движется вокруг Солнца?

– Земля движется вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с.

ХИМИЯ

Что такое химический элемент?

– Химическим элементом является совокупность атомов с одинаковым зарядом атомного ядра и одинаковым числом электронов в атомной оболочке.

При комнатной температуре два химических элемента существуют в жидком состоянии (Hg и Br), а одиннадцать – в газообразном (H, N, O, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn).

Что такое изотоп?

– Изотопы – это разновидности одного химического элемента, отличающиеся массами атомов. Они различаются друг от друга количеством нейтронов, находящихся в ядре атома. Впервые изотопы были обнаружены английским физиком Ф. Содди в 1911 г. Сам термин «изотоп» был введен им в 1913 г.

Какие частицы в атоме определяют химические взаимодействия?

– При химических взаимодействиях решающую роль играют электроны атомов, особенно электроны последней оболочки.

С какими полями связаны химические взаимодействия?

– Химические взаимодействия представляют собой электромагнитные взаимодействия атомных электронных оболочек.

Какого рода элементы могут быть открыты в будущем, и где в таблице Менделеева они будут располагаться?

– В будущем могут быть открыты лишь трансурановые элементы с большим атомным весом, радиоактивные, имеющие очень малое время жизни.

Как обосновывается периодическая система Менделеева?

– Все элементы в периодической системе упорядочены и каждый имеет свой номер. Они разделены на периоды (горизонтальное распределение) и группы (вертикальное распределение). Каждый период, за исключением первого, начинающегося с водорода, начинается со щелочного металла и заканчивается инертным газом. Количество элементов в периоде строго определено на основании квантовой механики. В первом – 2, во втором – 8, в третьем – 8, в четвертом – 18, в пятом – 18, в шестом – 32, в седьмом – 32, в восьмом – 50. В настоящее время в периодической системе зафиксированы все элементы шести периодов и осуществляется заполнение седьмого. Порядковый номер элемента определяет количество протонов в ядре атома, представляющего элемент. У нейтрального атома количество электронов будет равно количеству протонов. При переходе от одного элемента системы к следующему на единицу увеличивается заряд ядра и, соответственно, увеличивается количество электронов. Электроны, образуя вокруг ядра электронные оболочки, определяют свойства элементов. Химические свойства определяются главным образом двумя внешними оболочками. Количество электронных оболочек и возможное количество электронов на каждой из них определяется на основе квантовой механики. Строение внешних оболочек элементов, находящихся в одной группе, оказывается сходным, что и объясняет сходство их химических свойств.

Элементы с 58-го по 71-й образуют семейство лантаноидов, состоящее из 14 элементов и относящееся к III группе, как и лантан. Их называют также редкоземельными элементами (название связано с их редкой встречаемостью). Сходность их свойств определяется тем, что при увеличении заряда ядра, определяемого количеством содержащихся в нем протонов, структура двух внешних электронных оболочек не меняется, поскольку электроны заполняют внутренний уровень. На этом уровне могут находиться максимально 14 электронов, что и определяет количество элементов в этой группе. Выделение группы лантаноидов было осуществлено чешским ученым Б. Браунером в 1900 г.

Элементы с 90-го по 103-й образуют семейство актиноидов, состоящее из 14 элементов и относящееся к III группе, как и актиний. Их свойства сходны, поскольку они имеют, как и лантаноиды, одинаковое строение наружных электронных оболочек, а при увеличении их порядкового номера происходит заполнение внутренней электронной оболочки. Все элементы этой группы радиоактивны. Обоснование существования группы актиноидов было осуществлено Г. Сиборгом (США) в 1942 г.

Все элементы, начиная со 101-го, являются короткоживущими. Теоретически обоснована относительная устойчивость элементов с номерами 114, 126, 164, 184. В 1998 г. был открыт относительно устойчивый 114-й элемент, а в 2000 г. – 118-й.

Следует отметить, что элементы с так называемым магическим числом протонов (2, 8, 20, 28, 50, 82) и нейтронов (2, 8, 28, 40, 50, 82, 126), оказываются наиболее устойчивыми в ядерных превращениях и самыми распространёнными в природе.

Что характерно для органических веществ?

– Органические вещества принципиально ничем не отличаются от неорганических. Это – соединения углерода, которые обладают способностью образовывать молекулы цепного и циклического строения, что порождает их большое многообразие. Для органических соединений характерен высокий молекулярный вес. К органическим соединениям относятся прежде всего белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны, липиды.

Почему невозможно превращение неблагородных металлов в золото химическими средствами, о чем мечтали алхимики?

– Превращение неблагородных металлов в золото химическими средствами невозможно потому, что любые химические взаимодействия, затрагивая лишь электронные оболочки, не могут привести к изменению ядра атома.

Каким образом сегодня можно получить из неблагородных металлов золото?

– Неблагородные элементы могут быть превращены в золото в результате термоядерной реакции.

Что такое ядерные реакции?

– Ядерные реакции представляют собой взаимодействия ядер различных атомов или ядер атомов с элементарными частицами, в результате которых происходят ядерные превращения, в частности, образование новых элементов. Они возможны лишь при расстояниях около 10^–13 см. Первая искусственная ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 г.

Что такое термоядерный синтез?

– Термоядерный синтез представляет собой ядерные реакции между легкими атомными ядрами, происходящие при температурах около 10 млн градусов, в результате которых образуются более тяжелые атомные ядра, что сопровождается выделением огромного количества энергии.

Когда впервые было осуществлено деление атомного ядра?

– Деление атомного ядра впервые было осуществлено немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрасманом в 1938 г. посредством бомбардировки урана нейтронами. Суть этого процесса впервые была объяснена австрийскими физиками Л. Мейтнер и О. Фришем в 1939 г. Л. Мейтнер ввела понятие «деление ядра». Это выдающееся открытие сделало возможным практическое освоение атомной энергии, что было сразу понято учёными, до этого считавшими невозможным её использование в ближайшем будущем.

В чем специфика органических соединений, по сравнению с неорганическими?

– Органические вещества представляют собой углеродистые соединения с большим молекулярным весом, с большим числом атомов в молекулах.