Нейтрон был предсказан в 1920 году и открыт 12 лет спустя. Как до этого времени ученые объясняли стандартный атомный вес?
Например, литий имеет стандартный атомный вес около 6,9, потому что естественное содержание изотопов составляет около 92% Li-7 и 8% Li-6. Другим примером является железо с 92% Fe-56, 6% Fe-54 и 2% Fe-57 для SAW 55,7.
Но они не знали изотопов. Они знали только ПАВ и то, что некоторые из них не были целыми кратными Водороду (протону). Как это объясняли до открытия нейтрона?
(Я включил тег «химия» на тот случай, если в начале 1900-х это считалось химией.)
Исторически открытие природных изотопов химических элементов с помощью масс-спектрографа дало правильное объяснение дробного характера экспериментально измеренных значений атомных весов многих химических элементов по сравнению со значениями, которые могли бы иметь можно было бы ожидать, если бы атомы данного элемента были одинаковы как целые числа, кратные атомному весу водорода, или (позже) как целые числа по шкале, полученной путем определения атомного веса кислорода O = 16.
Так, Фрэнсис У. Астон (1877–1945) открыл с помощью своего масс-спектрографа (1919) множество изотопов — обозначение, придуманное греческой этимологией для «равного места» и обозначающее химические элементы, занимающие одно и то же место в Периодическая таблица, но с атомами, которые различаются по атомному весу: позже Астон был удостоен Нобелевской премии за свои открытия.
Книга Астона «Изотопы» (1922 г.) ( https://archive.org/details/isotopes00asto ) дает краткую историю измерения атомных весов и попыток объяснения этих весов, начиная с гипотез Дальтона (1803 г.) и Праут (примерно десять лет спустя). Далеко идущая атомная теория или гипотеза Дальтона включала идею о том, что все атомы данного элемента одинаковы: а гипотеза Праута заключалась в том, что все атомы представляют собой агрегаты атомов водорода.
Позже, с возрастающей точностью измерений, стало ясно, что многие атомные веса не могут представлять целочисленные агрегаты водорода, а гипотеза Дальтона (в той мере, в какой она относится к весам атомов) и гипотеза Праута не могут быть одновременно верными. В тот момент, как говорит нам Астон, вес химического мнения заключался в том, чтобы отказаться от идеи Праута и отдать предпочтение идее Дальтона. Оглядываясь назад и осознавая задним числом открытие изотопов, Астон назвал это решение «столь же мудрым в принципе, сколь и неверным на самом деле».
Из Aston (1922): «Идея о том, что атомы одного и того же элемента имеют одинаковый вес, не может быть опровергнута химическими методами, поскольку атомы по определению химически идентичны, и численные соотношения могут быть получены в таких методах только с использованием количества элемента, содержащего бесчисленные мириады атомов.В то же время довольно удивительно, если принять во внимание полное отсутствие положительных доказательств в его поддержку, что никаких теоретических сомнений не высказывалось публично до конца девятнадцатого века, сначала Шутценбергером и затем Круксом, и что эти сомнения вплоть до последних нескольких лет считались в высшей степени спекулятивными».
Была еще одна попытка объяснить среди других явлений разнообразие атомных весов, идея метаэлементов Уильяма Крукса (1886 г. ) . Крукс пришел к мысли, что химически неразделимые элементы могут состоять из множества атомов. Поначалу казалось, что эта идея применима к результатам изучения Круксом иттрия (оксида иттрия) — «Но по мере того, как применялись все более и более совершенные химические методы, редкоземельные элементы один за другим поддавались анализу, и различные спектры, наблюдаемые Было показано, что Крукс был связан с тем, что он имел дело со смесью реальных элементов, каждый из которых имел характерный спектр и определенный атомный вес, поэтому теория метаэлементов была заброшена, а проблема дробного атомного веса осталась. нерешенный».
Соответственно, кажется, что до масс-спектрографического открытия изотопов по существу не существовало жизнеспособного объяснения хорошо известных дробных атомных весов.
Таким образом, тот факт, что многие стандартные атомные массы не близки к целым числам по шкале, где водород = 1, или по любой близкой шкале, был объяснен (удовлетворительно) до открытия нейтрона открытием того, что изотопы одного и того же химического элемента на самом деле существуют с разным атомным весом и разным естественным относительным содержанием. Из работы Астона также видно, что нейтрон практически не играл роли в этом открытии. Например, масс-спектрографические работы показали существование хлора-35 и хлора-37 с относительным естественным содержанием около 3:1, что объясняет принятое значение атомного веса хлора около 35,5.
(Существует, естественно, дальнейший вопрос , как такие изотопы могли существовать, но этот вопрос не связан с вопросом, на который отвечает экспериментальная демонстрация того, что такие изотопы действительно существуют. Последующий вопрос «как» включает, среди прочего, различие между атомным весом и атомным весом. числа, экспериментально открытые в 1913 году Гербертом Мозли, а также эволюция теорий об атомной структуре, теории, которые, конечно же, включали нейтрон.)