De Gids. Jaargang 71
(1907)– [tijdschrift] Gids, De–
Gedeeltelijk auteursrechtelijk beschermd
[pagina 80]
| |||||||||||||||||||||
R.K. Duncan. The new knowledge. A popular account of the new physics and the new chemistry in their relation to the new theory of matter. London. Hodder & Stoughton 1906.Dit boek was mij eene openbaring. Toen ik het gelezen had, was ik niet bestand tegen de verleiding om het in den breeden kring van Gidslezers in te leiden, die van het onderwerp dat hier behandeld wordt even vèr af staan als ik zelf, en die toch zeker in de laatste jaren telkens weder de physici en chemici benijd hebben om hun vertrouwdheid met de nieuwe reeksen van verschijnselen en gevolgtrekkingen, die zich daar rondom het tooverwoord radium kristallizeeren en van welke maar een vage weerklank tot ons in de buitenwereld doordrong. Om vertrouwen te wekken voor Duncan als gids, waar ik zelf geen aanspraak mag maken op meer dan hoogereburgerschoolkennis van chemie en physica, begin ik met eene aanhaling uit zijn inleiding. Hij zegt: ‘Leeken in de wetenschap, die den gang der nieuwe ontdekkingen wenschen te volgen, zijn meestal beperkt tot één van de twee volgende mogelijkheden. Zij moeten òf de schijnwetenschap der geïllustreerde tijdschriften lezen, waar alles meer is ingericht op het dramatisch effect dan op juiste uitéénzetting, òf wel zij moeten zich wenden tot speciale en technische werken, die de ontdekkers zelve geschreven hebben voor | |||||||||||||||||||||
[pagina 81]
| |||||||||||||||||||||
hunne medearbeiders op hetzelfde veld. Bij deze boeken is er op gerekend dat een technische voorbereiding aanwezig is, en de leek-liefhebber, hoe welbelezen en schrander hij ook zijn moge, blijft in die lezing hopeloos steken en raakt volkomen van de wijs. Zoo is de wereld dus verdeeld in mannen die het weten en het niet zeggen en in anderen die het zeggen maar het niet kunnen weten. De groote uiteenzetters zooals Huxley en Tyndall zijn dood en de groote uiteenzetter van de toekomst, de vertolker van het weten aan het volk, is nog niet geboren... Van den lezer van zijn boek verwacht de schrijver niet meer dan eene opvoeding die tot hooger onderwijs voorbereidt en liefde voor het nieuwste in de natuurwetenschappen. Deze belangstelling voor het allernieuwste is zeer gewettigd. Het grensgebied tusschen weten en nog-niet-weten oefent natuurlijkerwijze een groote aantrekkingskracht uit. Het is de gevechtslijn en het is uiterst menschelijk en natuurlijk om gaarne een worstelkamp bij te wonen. De casus belli van den strijd waarvoor de schrijver de aandacht zijner lezers vraagt is niet meer of minder dan de vraag naar den aard van het atoom van den chemicus. En al moge het op 't eerste gezicht schijnen dat de aard van het atoom een te abstract en te vèr gezocht thema is om binnen het veld van onze praktische belangstelling door te dringen, toch moet zoodanige haastige oordeelvelling onhoudbaar geacht worden. De atomen zijn de bouwsteenen van het heelal uit welke gij en wij en de melkweg en Sirius zijn opgebouwd. Wat op het atoom betrekking heeft, heeft betrekking op ons. Er is werkelijk niets geheimzinnigs aan verbonden en weinig abstracts. Wat men er van weet, laat zich gemakkelijk genoeg mededeelen en is van overweldigend belang. Daarbinnen opgesloten ligt de oorzaak van de zonnehitte, zoowel als de aard van de electriciteit, de evolutie van een heelal en het worden en vergaan der materie. Daarnaast liggen, mogelijkerwijze, ook nog eene geneeswijze voor tuberculose, licht zonder warmte, een bewijs voor het bestaan van reusachtige voorraden energie die tot nu toe zelfs niet vermoed werden en naast welke de hoeveelheden energie met welke wij bekend zijn ten eenenmale onbeteekenend worden | |||||||||||||||||||||
[pagina 82]
| |||||||||||||||||||||
alsmede een geheele reeks van stralingsverschijnselen die tot nu toe geheel onbekend waren en die uitgaan van de materie in haar natuurlijken staat.... Snel zijn op elkaar gevolgd Hertz's ontdekking van de electro-magnetische golven, Moissan's revolutionaire uitkomsten met de electrische oven, Röntgen's X-stralen, Rayleigh's en Ramsay's ontdekking van de zeldzame gassen in de atmosfeer en Dewar's vloeibaarmaking van waterstof. Ten slotte zijn de beroemde ontdekkingen van Becquerel en de Curies gekomen die nog veel meer vooropgevatte meeningen omverwierpen en die met hare gevolgen het hoofdonderwerp van dit boek uitmaken. ‘Wat vroeger de oudere wetenschap als een stevigen betrouwbaren ondergrond meende te mogen beschouwen, blijkt nu slechts drijfzand. De vorige eeuw begon met het atoom en de uitkomsten zijn de werktuigen waarover de beschaving thans beschikt. Deze eeuw begint met het atoom binnen het atoom en wanneer men reeds oordeelen mag dan zal de beschaving der komende jaren snel gewijzigd en misschien omgezet worden in vormen van welke wij thans nauwelijks het flauwste begrip hebben.’ Deze aanhaling uit de inleiding is wel geschikt om dadelijk te pakken. Na lezing van het geheel der 39 hoofdstukken blijkt de ‘pakkendheid’ steeds te stijgen en zal men de helderheid van behandeling onovertroffen achten. Sommige van die 39 hoofdstukken zijn dan ook niet meer dan 2 à 3 bladzijden lang. Wèl een bewijs hoe de schrijver aan een glashelder betoog meer waarde hecht dan aan een vormelijke behandeling van zijn ingewikkeld onderwerp. Het boek volledig weer te geven, zou een tweetal Gidsnummers vereischen. Ik doe slechts een greep in enkele der zeven afdeelingen die de volgende bovenschriften dragen:
| |||||||||||||||||||||
[pagina 83]
| |||||||||||||||||||||
In de tweede afdeeling wordt onze aandacht gevraagd voor de allermerkwaardigste verhoudingen, die men al sedert lange jaren kent tusschen de atomen der verschillende elementen en die van een geheimzinnig verband spreken, dat daar in het rijk der materie tusschen die elementen bestaat. Dat verband werd reeds in 1863 door Newlands opgemerkt en is later in de handen van Lothar Meyer en Mendeléeff ontwikkeld in den vorm van het zoogenaamd periodiek systeem, dat den naam draagt van laatstgenoemden Russischen chemicus. Newlands had opgemerkt, dat wanneer men de elementen rangschikt in de volgorde van hun atoomgewichten, beginnende met hydrogenium (waterstof) = 1 en eindigende met uranium = 240, men dan een tabel erlangt waarin de elementen - in acht kolommen gerangschikt - verwante chemische eigenschappen vertoonen, voor zoover zij in dezelfde kolom liggen en dat dus het aantal elementen, dat zich bevindt tusschen twee daarvan, die weder soortgelijke eigenschappen bezitten, zeven is. De elementen uit dezelfde groepen staan dan tot elkaar in dezelfde soort verhouding als de uiteinden van een of meer octaven in de muziek. Zou er dus niet alleen een verhouding, maar inderdaad een ware harmonie bestaan tusschen deze kleine bouwsteenen van het heelal? Scherp geformuleerd zou de wet luiden: ‘De eigenschappen van een element zijn eene ten deele periodische functie van zijn atoomgewicht.’ Of, nog anders uitgedrukt: Zoodra het atoomgewicht van een element bekend is, kunnen daaruit de chemische eigenschappen van dat element berekend worden. Even vast als de schommeling van den slinger, als de phasen van de maan, als de lentebloemen in het voorjaar keeren dezelfde eigenschappen der elementen periodiek terug wanneer het atoomgewicht stijgt. Zóó vast was dit verband dat Mendeléeff, toen hij welhaast veertig jaren geleden zijne tabel samenstelde, reeds dadelijk zekere vakken openliet voor elementen, die toen ter tijde nog niet ontdekt waren en van welke hij in 1871 de eigenschappen voorspelde, die zich aan ons zouden vertoonen, wanneer zij eenmaal ontdekt zouden zijn. | |||||||||||||||||||||
[pagina 84]
| |||||||||||||||||||||
Het periodiek systeem (Naar Mendeléeff, 1904).
| |||||||||||||||||||||
[pagina 85]
| |||||||||||||||||||||
De voorspelling is woordelijk uitgekomen toen achtereenvolgens de elementen scandium, gallium en germanium aan het licht werden gebracht. Nog thans zijn er open vakken in de tabel. En van sommige elementen, die aanvankelijk tegenstribbelden, d.w.z. wier atoomgewichtcijfers niet recht volledig op hun plaats pasten, hebben meer nauwkeurige onderzoekingen met verbeterde instrumenten gedweëe en volgzame gemaakt, doordat het atoomgewicht, toen het met grootere scherpte werd vastgesteld, wèl op de juiste plaats bleek te passen. De schoonste proef op de som hebben de zeldzame gassen uit de atmosfeer geleverd welker ontdekking door Rayleigh en Ramsay is ingeleid geworden. In 1893 ondernam Lord Rayleigh een onderzoek om de dichtheid van de stikstof vast te stellen met al de nauwkeurigheid die de hedendaagsche wetenschap toelaat. Tot zijn verwondering bemerkte hij dat stikstof uit de lucht en stikstof uit chemische verbindingen een verschillend gewicht vertoonden. Het verschil was klein maar keerde met onduldbare vasthoudendheid altijd weder terug. Door deze eigenaardige afwijking kwam een nieuw, tot zoolang zelfs niet vermoed element te voorschijn, dat zijn aandeel heeft in de samenstelling van de atmosferische lucht en dat door alle vorige chemici met de stikstof medegewogen en als stikstof beschouwd was. Dit nieuwe element werd argon genoemd en het maakt bijna 1% uit van de lucht die wij inademen. Later werd ontdekt dat dit argon zelf weder onzuiver is en uit het argon werden vier andere elementen afgescheiden: helium, neon, krypton en xenon. Deze vijf nieuwe elementen hebben dit allen in het gemeen, dat zij van alle andere elementen dáárin verschillen dat zij geenerlei verbindingsvermogen, geenerlei affiniteit, bezitten. Het is onmogelijk gebleken hen eenigerlei chemische verbinding te doen aangaan met welke andere stof ook, die in de natuur wordt aangetroffen. Zoo vormen zij eene nieuwe en afzonderlijke familie van elementen, voor welke er geen plaats scheen te zijn in het periodiek systeem. Nu heeft dat systeem tot nu toe een plaats kunnen aanwijzen aan ieder element in de natuur. De geldigheid van het systeem werd dus bedreigd. Het was een ernstig geval. Maar het systeem werd volledig en keurig in eere hersteld. Immers de naast elkaar gelegen kolommen van | |||||||||||||||||||||
[pagina 86]
| |||||||||||||||||||||
de acht groepen onderling bijeenhoorende elementen blijken eene sprongsgewijs toenemende valentie, d.w.z. grijpvermogen (niet te verwisselen met affiniteit) te bezitten, waardoor zij met andere elementen verbindingen kunnen aangaan. Dat grijpvermogen in het licht bezien als waren het evenzoovele vangarmen, waarmede zij zich zouden kunnen vastklampen, moet voor de eerste groep door het cijfer 1, voor de tweede door 2 enz. worden aangeduid. Nu hebben de vijf nieuwe elementen helium, neon, argon, krypton en xenon hoegenaamd geen grijpvermogen, geen vangarmen als bovenbedoeld: zij behooren dus een afzonderlijke groep te vormen die vóór groep I ligt, waarvan de leden ééne valentie bezitten. Maar passen de vijf nu op deze plek in de tabel? Eigenaardig genoeg, klopt dit volkomen en worden zij alle door hun atoomgewicht zelfs onvermijdelijk op die plaats gedrongen. Het periodiek systeem dat aanvankelijk bedreigd scheen, bleek dus volkomen in staat op zich zelf te passen en de nieuwe en belangrijke familie in het gemeenebest der elementen vindt eene zeer natuurlijke plaats als de groep van de 0-valentiën in de nieuwste tabel van Mendeléeff. Ook het wondervolle element, waarvan zoo straks nog uitvoerig sprake zal zijn, het radium, valt met zijn hoog atoomgewicht (224) dadelijk in positie in het periodieke systeem in dezelfde kolom als barium waarvan het dus een zusterelement is.
Uit de besproken bijzonderheden van het periodiek systeem volgt dat de tabel toch een bepaalde beteekenis moet hebben, dat eene bijzonderheid van fundamenteel belang daarachter verborgen zit. Het hoofdkenmerk dat in het systeem tot uitdrukking komt, is verwantschap. De elementen zijn blijkbaar geen fragmentarische, van elkaar onafhankelijke natuurfeiten. Zij zijn in zeer wezenlijken zin met elkaar verwant en de beteekenis van het periodiek systeem moet juist daarin gezien worden, dat zij deze verwantschappen aan het licht brengt. Wij moeten beginnen de vraag te stellen: zijn de atomen enkelvoudige, onontleedbare, afzonderlijk geschapen laatste dingen of zijn zij dit niet? Een tertium quid is er niet. Zijn de atomen één en ondeelbaar, dan kan er van eene verklaring van de geheimzinnige verwantschappen geen sprake | |||||||||||||||||||||
[pagina 87]
| |||||||||||||||||||||
wezen. Zijn zij daarentegen opgebouwd uit kleinere deeltjes dan kan het feit der verwantschap op eenvoudige en rationeele wijze verklaard worden. Immers: zijn de atomen niet eenvoudig maar integendeel uit nog iets anders opgebouwd, dan zouden de onderdeelen natuurlijkerwijze in bepaalde getallen en op bepaalde en verschillende wijze met elkaar samengaan tot de vorming van wat wij atomen noemen. Er is reden om aan te nemen dat het werkelijk aldus geschiedt en dat de verwantschappen tusschen de verschillende atomen van eenzelfde groep van het periodiek systeem evenzeer aan de verbindingswijze der ‘subatomen’ moet worden toegeschreven, als bijv. onder de koolhydraten de verbindingsreeksen:
enz. hun eigenaardige gradatie van eigenschappen danken aan de rhythmische verschillen in hunne samenstelling uit koolstof en waterstof, die reeds uit bovenstaand schema spreekt. Toch geldt ook hier omnis comparatio claudicat. Het feit alleen der ‘sub-atomiciteit’ is echter niet het eenige geheim van het periodiek systeem. Wij hebben niet alleen gesproken van gradatie van eigenschappen, maar ook van gelijkenis en verwantschap. De elementen schenen zusters, broeders en neven, waarom ook niet vaders en moeders en zelfs grootouders? In de biologische wetenschappen meent familieverwantschap steeds: gemeenschappelijken oorsprong. De evolutie berust op deze veronderstelling. Ieder bioloog die eene reeks van organismen aantreft, plantaardig of dierlijk, die velerlei punten van overeenkomst in bouw aantoonen, komt dadelijk tot de gevolgtrekking: deze organismen hebben verwante stamvormen, zij zijn alle uit een gemeenschappelijken eenvoudigeren vorm voortgekomen. Deze zelfde argumentatie voert ons tot de onvermijdelijke gevolgtrekking dat de atoomfamilian zelve, nu zij gebleken zijn familieverwantschappen te bezitten, even scherp omlijnd als die welke wij op biologisch gebied aantreffen, denzelfden oorsprong en gemeenschappelijke afstamming bezitten zoodat | |||||||||||||||||||||
[pagina 88]
| |||||||||||||||||||||
de atomen, zooals wij ze kennen, het product zijn van eene evolutie - eene anorganische evolutie. Wij zullen nagaan in hoeverre deze veronderstellingen verklarend vermogen bezitten en al spoedig bemerken dat zonder hen aan verklaring in elk geval niet te denken is.
In de derde afdeeling van het boek, dat ik niet op den voet wensch te volgen, wordt bewezen dat er inderdaad deeltjes bestaan, duizend maal kleiner dan het kleinste atoom, en dat wij deze deeltjes kunnen aantoonen in gasvlammen en gloeiende metalen, in electrische booglampen en in de nabijheid van dynamo-machines, in X-stralen en in gas dat wij door water laten opborrelen. Het lag minder op den weg van den chemicus dan op dien van den physicus, die over instrumenten van haast ongeloofelijke gevoeligheid beschikt, om dit bewijsmateriaal te leveren, daarbij vooral gebruik makende van het geleidingsvermogen dat gassen voor electriciteit bezitten; een vermogen dat uiterst beperkt is maar onder verschillende omstandigheden kan toe- en afnemen. Er is nu gebleken dat het reeds op zichzelf geringe geleidingsvermogen van een gas daarvan kan worden afgefiltreerd door het te laten strijken over een prop glaswol. Het geleidingsvermogen is dus niet eenvoudig een toestand, maar het moet gebonden zijn aan iets dat met het gas vermengd is; aan kleine deeltjes, die verschillend moeten zijn van de kleinste gasdeeltjes zelve, in hun normalen staat. Die kleine, electrisch geladen deeltjes hebben den naam ionen gekregen; het verschijnsel waarbij aan een gas geleidingsvermogen voor electriciteit verschaft wordt, heet de ionisatie van het gas. Nadere physische proeven bewijzen dat wij nog twee soorten van ionen te onderscheiden hebben: positief geladene en negatief geladene. De laatste zijn in 't algemeen kleiner dan de eerste. De negatieve ladingen kunnen echter ook geheel vrij van materie voorkomen. Zij worden negatieve electronen genoemd. Zoodanige electronen vliegen nu met ontzettende snelheid weg, zoowel van gasvlammen, van gloeiende koolspitsen of van gloeiend metaal. Het is den physici gelukt drie belangrijke punten vast te stellen, die ons omtrent den aard dezer | |||||||||||||||||||||
[pagina 89]
| |||||||||||||||||||||
electronen inlichten en wel: a) hoe groot hun snelheid, b) hoe groot hun electrische lading en c) hoe groot hun massa is. Die bepalingen worden in Duncan's boek op zeer heldere wijze beschreven. De uitkomst is dat de snelheid waarmede de electronen zich doorloopend bewegen een zoodanige is, dat in vergelijking daarmede die van een geweerkogel haast in het niet verdwijnt en dat alleen die van het licht een bruikbare schaal van vergelijking aanbiedt. Dit laatste plant zich voort met eene snelheid van 300.000 K.M. per seconde, de snelheid der electronen kan wisselen zelfs tot 16000 en 145000 K.M. per seconde en meer. Alle voorwerpen in de nabijheid van de vlam eener kaars of van een gloeienden metaaldraad worden dus onophoudelijk gebombardeerd door kleinste deeltjes, die zich met deze ongeloofelijke snelheid voortbewegen. Uit andere berekeningen vloeit voort dat de massa van het electron duizendmaal kleiner is dan die van een atoom van het lichtste element, waterstof, en dat deze electronen, onafhankelijk van de bron waaruit zij afkomstig waren, in aard en in grootte geheel dezelfde zijn. Eindelijk nog dat zij een feitelijk bestanddeel uitmaken van de materie waaruit wij ze zien vrijkomen. Het volgende is een samenvatting van den aard en de eigenschappen der electronen:
| |||||||||||||||||||||
[pagina 90]
| |||||||||||||||||||||
En nu de positieve ionen, hierboven reeds door ons vermeld? Hoewel wij ze langs soortgelijken weg als de electronen verkrijgen, toonen zij zich in hunne eigenschappen welhaast geheel het tegenovergestelde van deze laatste, en wel:
Het zijn de negatief geladen electronen, niet de positief geladen ionen, die ons van het grootste nut zullen blijken te zijn bij onze pogingen om iets te weten te komen omtrent het worden der materie en de ontbinding dier materie, omtrent den aard van de zon en de zonnestralen, omtrent de mogelijke verklaring der zwaartekracht, omtrent menig ander natuurgeheim. Voor dit alles moeten ons de electronen den sleutel leveren: zij, meer dan iets anders, vertegenwoordigen datgene waarnaar reeds in de middeleeuwen de alchemisten zochten en waaraan zij den naam van den steen der wijzen gaven met behulp van welken een dieper inzicht in de natuur der dingen mogelijk zou worden.
De vierde onderafdeeling van Duncan's werk is gewijd aan de zoogenaamde radio-activiteit, eene nieuwe eigenschap der materie. Het blijkt namenlijk dat dezelfde uiterst kleine deeltjes, door ons hierboven besproken, met dezelfde ongeloofelijke snelheden wegvliegen van bepaalde soorten materie onder alle | |||||||||||||||||||||
[pagina 91]
| |||||||||||||||||||||
omstandigheden en van alle materie onder bepaalde condities. Becquerel was hier de pionier. Hij was door Röntgen's ontdekking van de X-stralen, ook wel Röntgen-stralen geheeten, op een denkbeeld gebracht dat hij als volgt formuleerde: Sedert den dag waarop ik voor het eerst met de ontdekking van Prof. Röntgen in kennis kwam, rees bij mij het verlangen om na te gaan of de eigenschap om zeer doordringende stralen af te geven niet nauw verbonden was met het verschijnsel der phosphorescentie. Becquerel experimenteerde, om antwoord op deze vraag te erlangen, met zeer verschillende zelfstandigheden. Eén daarvan, het uranium, gaf luide en beslist antwoord. Nadat een stuk daarvan 24 uur op een in zwart papier gewikkelde photographische plaat gelegen had, was de inwerking op die plaat en het beeld van een tusschenliggend plat koperen kruis duidelijk zichtbaar. Ja zelfs was het afgeven van stralen even onmiskenbaar wanneer het uranium niet vooraf aan lichtstralen had bloot gestaan, maar daarentegen juist op de zorgvuldigste wijze in het duister was gehouden. Het afgeven van werkzame deeltjes is dus een blijvende eigenschap van deze soort materie: hetzelfde stuk blijft ze nog steeds afgeven en toont niet de geringste vermindering in zijn uitstralingsvermogen. Bovendien komt de eigenschap toe aan iedere substantie die uranium bevat, geheel onafhankelijk van de vraag of die substanties al dan niet phosphorescent waren. Becquerel had ons dus een geheel nieuw natuurfeit doen kennen en wel dit, dat zekere chemische stoffen, onder de gewone omstandigheden waarin zij zich in de natuur bevinden, stralen afgeven, die zelfs bij nader onderzoek zijn gebleken door koper heen te dringen. Dit nieuwe stralingsvermogen der materie kreeg den naam radio-activiteit. Spoedig daarop volgde de ontdekking door Curie en zijne echtgenoote van een drietal stoffen: radium, polonium en actinium, wier radio-actief vermogen ongeveer 100000 maal zoo sterk is als dat van metallisch uranium. Radium zelf is nog nooit in vrijen toestand, als element, waargenomen en wordt dus alleen in verbinding met andere stoffen gekend. Wel kent men reeds het eigen spectrum, waardoor het van de andere elementen volkomen scherp onderscheid baar is, | |||||||||||||||||||||
[pagina 92]
| |||||||||||||||||||||
en evenzoo het door Mme Curie bepaalde atoomgewicht. Men bereidt radium uit het mineraal pekblende, waarin het evenwel in zeer verdunden staat: meer verdund dan goud in zeewater, voorkomt. In den zuiversten vorm waarin het tot nu toe verkregen werd, bezit het 1.300.000 maal grootere activiteit dan het uranium waaraan Becquerel voor het eerst de radio-activiteit ontdekte. Neemt men de geheele hoeveelheid radium bijeen die tot nu toe verkregen en voor onderzoek beschikbaar is, dan komt men tot... iets meer dan 1 gram. De marktprijs is heden ca. f 25,000 per gram te schatten. De pogingen om grootere hoeveelheden te verkrijgen blijven natuurlijk niet uit en over eenige jaren zal de beschikbare hoeveelheid ongetwijfeld langzaam zijn toegenomen. De door het radium uitgestraalde deeltjes dringen overal doorheen. Aluminium is voor radiumstralen, wat glas is voor lichtstralen: lood, dat veel zwaarder is, houdt meer radiumstralen tegen, is dus voor deze lastiger doordringbaar. Photographisch werken de radiumstralen op gelijksoortige wijze als de Xstralen: zij geven een beeld op de plaat, zoowel van de gesloten beurs als van haar inhoud: sleutels, muntstukken enz. De stralen kunnen vervolgens in hevige mate phosphorescentie opwekken en wanneer de onzichtbare straling van het radium op diamant of robijn valt, beginnen deze edelgesteenten levendig te lichten. De menschelijke huid wordt ontstoken en er ontstaan lastige verzweringen ter plaatse waar daarop stralen van radium gedurende eenigen tijd hebben kunnen vallen, zelfs wanneer het radiumzout in een houten of papieren doosje was weggeborgen. Electrisch geladen voorwerpen worden door radiumstraling onmiddellijk ontladen: aan de omgevende lucht wordt dus geleidingsvermogen afgestaan. Ook chemische effecten van radiumstraling zijn onmiskenbaar. Maar het gewichtigste was het door Becquerel ontdekte feit dat een deel der radiumstraling door een magneet uit haar baan kan worden getrokken. Hem en andere onderzoekers bleek het verder dat de inwerking van sterke magneten op de stralingsverschijnselen onmiskenbaar was en dat daarbij niet alle radiumstralen even sterk door het magnetische veld worden aangegrepen. Daarmede was het bewijs geleverd, | |||||||||||||||||||||
[pagina 93]
| |||||||||||||||||||||
dat er in die radiumstralen nog weer verschillende groepen bijeengevoegd zijn, evenals het prisma in het witte licht de stralen van verschillende golflengte uiteenschift. Zoo bleek in de radiumstralen een eerste groep aanwezig, die alleen door de sterkste magnetische krachten wordt afgebogen en die slechts gering penetratie-vermogen bezit. Deze heeft men de alphastralen genoemd. Een tweede groep had een zeer groot penetratie-vermogen en werd zelfs door een zwak magnetisch veld afgebogen in eene richting tegengesteld aan die van de alphastralen. Men heeft deze de bèta-stralen genoemd. Eindelijk was er een derde groep waarop zelfs het sterkste magnetische veld geen invloed uitoefende en die een ongeevenaard penetratie-vermogen bezitten en zoo gemakkelijk door ondoorzichtige voorwerpen heengaan dat een photographisch effect verkregen werd door een ijzeren blok heen van een voet dikte. Zij werden de gamma-stralen geheeten. Deze drie soorten van stralingen worden door de voorhanden radiumverbindingen met onverflauwde kracht dag in dag uit onafgebroken afgegeven zonder dat dit afgevend vermogen de geringste vermindering toont.
Nauwkeurige onderzoekingen hebben uitgemaakt, dat de alphastralen, die van het radium uitgaan, positieve ionen zijn, gelijkwaardig aan de hierboven door ons besproken, maar die nu niet als deze bij hooge temperatuur uit vlammen of gloeiende metalen te voorschijn komen, maar in den gewonen normaalstaat van het radium wegvliegen. En wel met snelheden als bijv. van 30000 K.M. per seconde. Van die snelheid, die in een anderen vorm van arbeidsvermogen kan worden omgezet, is gebruik gemaakt bij de constructie van een klein instrumentje, de spinthariscoop, waarin wij de radio-activiteit als een onophoudelijk vuurwerk waarnemen en wel doordat de alphastralen van het radium op een laagje zinksulfide worden opgevangen en hier hun snelheid in de vonkverlichting wordt omgezet, die de nabijheid van het - zelf onzichtbare - radiumzout verraden. Niettegenstaande een uiterst geringe hoeveelheid radium in de spinthariscoop is opgesloten, mag men voorspellen dat dit lichteffect | |||||||||||||||||||||
[pagina 94]
| |||||||||||||||||||||
gedurende verscheidene honderdtallen van jaren onveranderd zal blijven voortduren. De bèta-stralen van het radium zijn gebleken onze boven besproken electronen te zijn; hun snelheid is nog belangrijk grooter dan die van de alpha-stralen en bedraagt wel 200000 K.M. (= vijfmalen de omtrek van de aarde) per seconde. De gamma-stralen eindelijk zijn herkend geworden als nauw verwant aan de geheimzinnige X-stralen die ons Röntgen heeft geopenbaard en van welke men meent te mogen zeggen, dat zij niet aan materieele deeltjes gebonden zijn.
Is de wetenschap dat van de kleinste hoeveelheden van ieder willekeurig radiumzout de hier besproken verschillende stralingen onophoudelijk met deze ongeloofelijke snelheden afvliegen - en wel onder normale omstandigheden, zonder dat door ons eenigerlei kunstmatige prikkel op dat zout inwerkt - al uitermate verwonderlijk, zoo bezit het radium - en met dit het thorium, uranium en eenige andere elementen - nog andere even geheimzinnige eigenschappen, die ons in den aard der materie inzicht helpen verschaffen. Behalve dat zij de zooeven geschilderde radio-activiteit vertoonen, bezitten nl. de genoemde elementen het vermogen om bovendien emanaties, uitwasemingen, af te geven, die zich weder langs anderen weg aan ons openbaren. Die uitwasemingen verleenen tijdelijk radio-activiteit aan voorwerpen in de omgeving die anders geenerlei radio-activiteit bezitten. Zoo bv. de kleederen van Prof. Curie. Uitwasschen nam zelfs de verkregen radio-activiteit niet weg: alleen na verloop van tijd verdween zij. Die uitwaseming - niet met de stralingsverschijnselen te verwarren - heeft het karakter van een gas dat op zijn beurt radio-actief is en dat wanneer het ergens op neerslaat van daaruit dan de radioactieve verschijnselen aan het licht doet treden. In 3.7 tot 4 dagen is de helft van de uitwaseming, die door de oppervlakkige lagen van eene verschbereide hoeveelheid van een radium-zout kan worden afgestaan, vrij gekomen; deze uitwaseming zelve ondergaat weder verdere omzettingen: eene eerste die 3 minuten, eene tweede die 36 minuten, eene derde die 28 minuten, eene vierde die vermoedelijk ongeveer twee honderd jaren voor hare tot stand | |||||||||||||||||||||
[pagina 95]
| |||||||||||||||||||||
koming noodig heeft. De aldus veranderende tusschenstadien zijn op hun verschillende physische en chemische eigenschappen onderzocht en daardoor gekenschetst. De eerste emanatie, het gas, wordt door Sir William Ramsay voor een zelfstandig nieuw element gehouden, waarvoor hij den naam exradio heeft voorgesteld, de tweede van hen is het reeds bekende element helium. Kortom, wij zijn hier getuigen van een hoogst merkwaardig proces, het proces van het gaandeweg uiteenvallen van het element radium in een gas dat op zijn beurt ten deele in een ander reeds bekend element, helium verandert, terwijl mogelijkerwijze het eindproduct, dat nog niet volledig is kunnen worden onderzocht, een derde element, lood, zal blijken te zijn. De droom der alchemisten is dus verwezenlijkt, althans gerechtvaardigd; en de grootste triomf der moderne wetenschap is de demonstratie van deze langzame omzettingsprocessen, die de materie ondergaat: processen die niet oneigenaardig worden aangeduid met den naam van de anorganische evolutie. En wel mogen wij ons even herinneren, dat reeds in 1815 Faraday schreef: ‘De problemen waarvoor de chemicus zich thans geplaatst vindt zijn: de metalen te ontleden, ze om te vormen en het onzinnig geoordeelde denkbeeld van hunne transmutatie te verwezenlijken.’ Niet het minst merkwaardige feit, dat bij die uitwaseming van radium aan het licht treedt, is dit, dat het verlies aan radio-activiteit, hetwelk het radium door de uitwaseming geleden heeft, zichzelf ten volle herstelt, terwijl de uitwaseming zelve haar radio-actief vermogen gaandeweg verliest. Radio-activiteit is dus een eigenschap van de zware atomen. Toch is zij ook - zij het dan in zeer geringe mate - aangetroffen in andere stoffen: atmosferische lucht, water, glas, aluminium. Wij weten intusschen nog niet zeker of het hier als intrinsieke eigenschap is op te vatten dan wel op eene verontreiniging wijst. Van hoog gewicht voor de verdere ontwikkeling van de theoretische voorstellingen, die wij ons omtrent de materie hebben te maken, zijn de mathematische berekeningen van J.J. Thomson geweest. Dezen werd het mogelijk te voorspellen hoe de atomen (gesteld dat het blijken mocht dat wij ze te denken hebben als bevattende groote en wisselende | |||||||||||||||||||||
[pagina 96]
| |||||||||||||||||||||
hoeveelheden van de uiterst kleine deeltjes, die wij electronen noemden) naarmate van het numeriek aantal en de rangschikking der door hen geherbergde electronen, verschillende eigenschappen zouden vertoonen. Stellen wij ons voor - om een beeld aan Lodge te ontleenen - dat wij een atoom waterstof vóór ons hebben en dat wij ons dit denken als bijv. de ruimte eener kerk die 50 M. lang 30 M. breed en 13 M. hoog is. Dan vinden in die kerkruimte een duizendtal allerkleinste deeltjes - de electronen - plaats die ieder van de grootte van de punt achter dezen volzin moeten gedacht worden en die binnen de kerkruimte met de door ons genoemde onvergelijkelijk groote snelheden in allerlei richtingen rondvliegen en die juist, dank zij deze snelheid de geheele kerkruimte schijnen op te vullen in hun duizelingwekkende loopbanen. De mate waarin zoodanig atoom nog voor andere kleine deeltjes doordringbaar zou zijn, ware natuurlijk afhankelijk van het aantal deeltjes waaruit het bestond. Voor andere atomen zou het natuurlijk ondoordringbaar zijn. Nu wij eenmaal hebben moeten aannemen dat de elementen, zwaarder dan waterstof, een naar evenredigheid grooter aantal deeltjes bevatten, en nu wij gezien hebben dat zij transmutabel zijn, dat dus het eene atoom wijzigingen kan ondergaan waaruit ten slotte het andere atoom te voorschijn komt, nu moeten wij inzien dat zulks tevens beteekent dat in die atomen niet alleen deeltjes maar een aantal afzonderlijke systemen van deeltjes bestaan. Immers bij de verschillende emanaties en transformaties hierboven bij radium opgesomd en eveneens voor uranium, thorium, enz. geldig, worden bij den eersten overgang alphastralen vrijgelaten, later alpha en beta, soms ook bovendien nog gammastralen. De verschillende kleinste deeltjes worden dus in afwisselende hoeveelheid en rangschikking vrijgelaten. Het oorspronkelijke atoom is dus een uiterst ingewikkeld complex van kleine deeltjes en niet ten onrechte heeft Rowland gezegd dat, in vergelijking met één atoom ijzer, een vleugelpiano een uiterst eenvoudig mechanisme mag genoemd worden. Dank zij intusschen de voorstelling die wij invoeren van de groote complexiteit van het atoom - een voorstelling die ons door de waargenomen feiten wordt opgedrongen - wordt | |||||||||||||||||||||
[pagina 97]
| |||||||||||||||||||||
het mogelijk rekenschap te geven van tal van tot zoolang onverklaarbare geheimzinnige verhoudingen, zooals daar zijn de groepen- en de reeksen-verwantschappen in het periodiek systeem uitgedrukt, het grijpvermogen (valentie) der elementen, hunne electrochemische eigenschappen, hun stralingsvermogen, ja zelfs het bestaan van niet-stabiele atomen. Immers waar wij de samenstellende electronen negatief electrisch weten, is - om het atoom in evenwicht te kunnen denken - het noodig aan te nemen dat een positief-electrische spheer de daarbinnen opgesloten rondvliegende negatiefelectrische deeltjes bijeenhoudt. Dat bijeenhouden zal, al naarmate de groepsgewijze rangschikking der electronen is, vaster of losser zijn en er zal naar eene evenwichtsverhouding gestreefd worden tusschen het aantrekkingsvermogen van de spheer en de onderlinge afstootingen der negatieve electronen. Bestaat dus een atoom uit een samengestelde groep van kleinste deeltjes dan zal die samengesteldheid slechts in stand kunnen blijven bij het behoud van een zekere snelheid van beweging dier deeltjes. Daalt die snelheid zoo ontstaan schoksgewijze nieuwe rangschikkingen waarbij energie vrijkomt, radio-activiteit (stralingsvermogen) waarneembaar wordt en het atoom uiteenvalt. Dat atoom zelve is dus een spheer van positief-electrische lading, waarbinnen een aantal negatief-electrische deeltjes, die tot elkaar in ingewikkeld maar niettemin door bepaalde wetten beheerscht verband staan, met ongeloofelijke snelheden rondvliegen, terwijl hun negatieve lading evenwicht maakt met de positieve van de omgevende spheer.
In Maart 1903 werd door Curie en Laborde aangetoond dat radium ook warmte afgaf, en dat die warmte scherp kon bepaald en gemeten worden. Zij moet worden toegeschreven aan de alphastralen, die door het radium bij voortduring worden afgegeven, maar grootendeels weder in het radium zelf worden geabsorbeerd. Zoodoende geeft één gram eener radiumverbinding honderd gramcaloriën per uur af. Van die warmte is 75 pCt. op rekening te schrijven van de uitwaseming, die bij één gram van de radiumverbinding geen | |||||||||||||||||||||
[pagina 98]
| |||||||||||||||||||||
grooter ruimte dan 1,3 mM3. zou innemen. Deze allergeringste hoeveelheid gas ontwikkelt genoeg warmte per uur om 75 gram water één graad in temperatuur te doen rijzen. Eén cubiek centimeter van deze gasvormige emanatie zou in het geheel zeven millioen caloriën kunnen afgeven! Zoo is het dus een feit dat de warmte, die door de radium-emanatie wordt afgegeven, meer dan 3.500.000 maal grooter is dan die welke veroorzaakt wordt door welke ook der bekendechemische reacties! Zoo kan de gevolgtrekking niet achterwege blijven, dat de energie van het stralingsvermogen intra-atomisch is, en dat alle atomen, onverschillig of zij al dan niet stralingsvermogen bezitten, een overweldigende hoeveelheid energie binnen zich opgesloten houden, welke energie in de niet radio-actieve latent en voorloopig onwaarneembaar blijft. Zoodra het ons gelukken zou die energie vrij te maken, dan zou het mogelijk zijn met één gram waterstof een gewicht van een millioen ton meer dan honderd meter op te heffen, kortom dan zou het arbeidsvermogen dat thans per sekonde over de geheele wereld aan steenkool ontleend wordt in het niet verdwijnen, tegenover het arbeidsvermogen besloten in de hoeveelheid lucht die bij een enkele ademhaling onze longen binnentreedt. Zal de mensch eerlang in staat zijn deze energie ten zijnen behoeve aan te wenden? Duncan antwoordt hierop in bemoedigenden zin: wat de mensch ernstig nastreeft, verkrijgt hij ook. Wetenschappelijke en technische vorderingen uit de laatste decaden steunen dit optimisme eerder dan omgekeerd en misschien is de dag niet meer zoo onberekenbaar ver waarin de mensch uit de hoogte neerziet op dien oertijd, waarin nog hout en steenkool verbrand werden! Zijn rijk laat hij dan een aanvang nemen op dien dag in Maart 1903 waarop Curie en Laborde het bestaan en den omvang der intra-atomische energie vaststelden. Het hoofdstuk waarin Duncan de stelling toelicht dat de materie gevormd wordt door electriciteit en door niets anders dan electriciteit, begint met de zeer houdbare paradox dat het zoo nuttig zijn kan een probleem ook eens onderst boven te bezien. In plaats van aan te nemen, zooals wij tot hiertoe deden, dat de electronen kleine stofdeeltjes zijn die negatief | |||||||||||||||||||||
[pagina 99]
| |||||||||||||||||||||
electrische eigenschappen bezitten, willen wij het er voor houden, dat die kleinste deeltjes uiterst kleine hoeveelheden negatieve electriciteit zijn, die de eigenschappen van de materie hebben. De groote gemeenschappelijke eigenschap van materie en electriciteit is traagheid (inertia). Ingevolge die traagheid is de materie even ongenegen om tot rust te komen, wanneer zij in beweging is, als om in beweging te geraken, wanneer zij in rust verkeert. En evenzoo komt een electrische stroom, die plotseling door een draad wordt geleid, eerst na eenigen tijd in vollen gang, terwijl omgekeerd, wanneer de stroom plotseling wordt afgebroken, hij onmiskenbare neiging vertoont om nog voort te gaan, in plaats van even plotseling op te houden. Het is nu juist deze eigenschap die het aan de physici mogelijk gemaakt heeft op het voorbeeld van J.J. Thomson den electrischen aard van de materie ter verklaring van tal van verschijnselen in te roepen. Van de voorlaatste afdeeling van Duncan's werk, waarin hij nagaat wat de spectroscopie ons geleerd heeft omtrent het uiteenvallen van de atomen der verschillende elementen in de temperaturen, zooals de zon en de verschillende vaste sterren die aanbieden, wil ik niet anders dan den titel: anorganische evolutie, hier aanhalen. Het is een zeer boeiend maar moeilijk onderdeel, dat een meer grondige bestudeering volop waard is. De gedachte wordt daarin nader omlijnd, dat de ongeveer tachtig elementen, die wij heden ten dage kennen, niet als afzonderlijke scheppingen moeten beschouwd worden, maar dat zij, evenals planten en dieren, waarlijk gaandeweg ontstaan zijn, zich ontwikkeld hebben uit eenvoudige en nog weer eenvoudiger typen in ver achter ons liggende aeonen. De evolutie van het leven is niet een parallel verschijnsel, maar de voortzetting en het eind van de anorganische evolutie, waarbij een steeds dalende temperatuur als leidende factor de belangrijkste rol speelt. In de laatste afdeeling van Duncan's boek worden verschillende oude problemen aan de nieuwe beschouwingen getoetst en komen achtereenvolgens de zonnewarmte, de ouderdom van de aarde, de kometenstaarten, de zonneatmosfeer, het zodiakaal- en het noorderlicht, de atmosferische electriciteit in verband met wolkvorming enz., ter sprake. | |||||||||||||||||||||
[pagina 100]
| |||||||||||||||||||||
Wie daarna het boek uit de hand legt - en niet zelf physicus of chemicus is - heeft een soortgelijk gevoel als bij ons wordt opgewekt na een eerste wandeling in een te voren geheel onbekend alpenlandschap. Van de met ijs bedekte, ongenaakbare hoogten, die daar - door de zon beschenen - tegen een donkerblauwen hemel afsteken, waait u een frissche bries tegemoet; het landschap is allerwege van treffende schoonheid; ootmoed en stille bewondering worden bij u opgewekt door de verheven natuurverschijnselen, waardoor ge u omgeven vindt, en ge ademt vrijer in het bewustzijn van eigen nietigheid te midden van een overweldigend grootsch geheel. Geen Gidslezer zal de kennismaking met het hier besproken boek verloren tijd achten.
A.A.W. Hubrecht. |
|