Фредерик Содди

Краткая биография

Жизнь и работа

Фредерик Содди родился 2 сентября 1877 года в Истборне на юге Англии. Он изучал химию в Оксфордском университете, а в 1900 году отправился в Канаду и получил место демонстратора на кафедре химии Университета Макгилла в Монреале. Там он встретился с молодым профессором физики Эрнестом Резерфордом. Их сотрудничество оказалось коротким, но стало одним из важнейших эпизодов ранней истории ядерной науки.

В начале XX века радиоактивность оставалась новым и плохо понятным явлением. Анри Беккерель обнаружил её в солях урана, Мария и Пьер Кюри нашли новые радиоактивные элементы, а Резерфорд начал различать несколько типов испускаемого излучения. Но оставался фундаментальный вопрос: что именно происходит с веществом, когда оно радиоактивно? Само представление о том, что один химический элемент способен превращаться в другой, казалось почти возвращением к алхимии. Атом всё ещё воспринимался как нечто по существу неизменное.

В Макгилле Резерфорд и Содди изучали радиоактивность соединений тория и обнаружили, что из исходного вещества постоянно возникает новое радиоактивное вещество, которое затем исчезает с характерной скоростью. В серии работ 1902–1903 годов они сформулировали теорию радиоактивного превращения. Радиоактивность, согласно этой картине, была не необычным состоянием стабильного атома: сам атом одного элемента самопроизвольно превращался в атом другого элемента, испуская излучение. Это стало одним из первых убедительных свидетельств того, что атомы не являются неизменными кирпичиками природы.

Особенно важной была химическая подготовка Содди. Резерфорд измерял излучение и исследовал физическую сторону процесса, тогда как Содди помогал устанавливать химическую природу возникающих веществ. Их результаты связали радиоактивность с реальным превращением элементов. Позднее Содди продолжил исследования радиоактивных продуктов в Лондоне вместе с Уильямом Рамзаем, а затем работал в Университете Глазго, где проблема классификации радиоэлементов привела его к следующей крупной идее.

К этому времени химики столкнулись со странной ситуацией. При изучении цепочек радиоактивного распада появлялось всё больше веществ, которые вели себя как разные радиоактивные продукты, но химическими методами практически не отличались друг от друга. Некоторые из них занимали одно и то же положение в периодической системе, хотя им приписывались разные атомные массы. Старая схема, в которой каждому месту таблицы соответствует один вид атома с одной характерной массой, переставала работать.

В 1913 году Содди сформулировал идею химически тождественных разновидностей одного элемента, различающихся атомной массой, и ввёл для них название «изотопы» — от греческих слов, означающих «одно место». Смысл названия был буквально периодическим: такие атомы занимают одно и то же место в таблице Менделеева. Современное определение стало точнее: изотопы одного элемента имеют одинаковое число протонов, но различное число нейтронов и поэтому разную массу. Однако во времена Содди нейтрон ещё не был открыт, поэтому к концепции изотопов пришлось прийти через химические свойства и радиоактивные превращения.

Идея решила сразу несколько проблем. Стало понятно, почему химически неразличимые вещества могут иметь разную массу и радиоактивность и почему в одном месте периодической таблицы могут существовать несколько атомных разновидностей. Содди также независимо от Казимира Фаянса сформулировал закономерности смещения элемента в периодической системе при альфа- и бета-распаде. Позднее масс-спектрографические исследования Фрэнсиса Астона непосредственно показали существование изотопов и у многих стабильных элементов.

В 1921 году Содди была присуждена Нобелевская премия по химии за вклад в изучение химии радиоактивных веществ и исследования происхождения и природы изотопов. Премию он получил в 1922 году. Было бы неверно представлять его как единственного открывателя радиоактивности, ядерного распада или всех явлений, связанных с изотопами. Эта научная революция складывалась из работ Беккереля, супругов Кюри, Резерфорда, Содди, Фаянса, Астона и многих других. Особый вклад Содди состоял в том, что он помог дать радиоактивным превращениям химическое объяснение и сформировал концепцию, позволившую примирить разные атомные массы с периодической системой элементов.

Изотопы впоследствии превратились из научной загадки в один из основных инструментов современной науки и медицины. Радиоактивные изотопы используются для визуализации и терапии в ядерной медицине, стабильные изотопы позволяют прослеживать движение веществ через биохимические реакции и экосистемы, а соотношения изотопов помогают определять возраст геологических и археологических объектов. Идея, возникшая из попыток понять странное поведение радиоактивных веществ, стала универсальным способом исследовать материю.

Содди преподавал в Глазго, Абердине и Оксфорде и в 1910 году был избран членом Лондонского королевского общества. Позднее значительная часть его интересов сместилась от радиохимии к вопросам энергетики, экономики и общественных последствий научного прогресса. Он умер в Брайтоне в сентябре 1956 года. Его работы остаются частью фундаментальной истории атомной науки: именно в них химический элемент перестал означать атомы с обязательно одинаковой массой, а радиоактивность стала пониматься как процесс реального превращения материи.