De Vlaamsche Gids. Jaargang 4

[p. 267]

Enkele der merkwaardigste Vorderingen der physicochemische Wetenschap in 1907.

In eenige bladzijden een blik te werpen op den gezamenlijken vooruitgang der anorganische natuurwetenschappen in den loop van een jaar, is - het spreekt vanzelf - een gansch onmogelijke taak. Het doel van deze regelen is oneindig meer bescheiden: zij beoogen slechts, in korte woorden enkele der aanwinsten aan te stippen, verleden jaar door de natuur- en scheikunde gedaan, waarvan de beteekenis zich niet tot een speciaalgebied beperkt, maar die van algemeen belang zijn, ook voor andere takken van ons weten.

In de eerste plaats dient een ontdekking van Sir Wm. Ramsay vermeld, die, indien zij wordt bevestigd, geroepen is om een definitieven en diepgaanden ommekeer te bewerken in onze denkbeelden aangaande de natuur der scheikundige elementen.

Zooals thans door een menigte vulgarisatieschriften algemeen bekend is gemaakt, zijn sedert een twaalftal jaren een reeks chemisch onontbindbare lichamen ontdekt geworden - de z.g. radioaktieve stoffen - die zich van de oude scheikundige elementen door een aantal zeer merkwaardige eigenschappen onderscheiden. Deze eigenschappen grensden aan het ongelooflijke, want zij weken geheel en al af van die van al de stoffen en energieën, die men tot dan toe gewoon was te behandelen. De meest in 't oog loopende dezer eigenschappen was het spontaan en, schijnbaar, standvastig uitstralen van een kolossale hoeveelheid arbeidsvermogen, gewoonlijk een mengsel van Röntgenstralen en min of meer snel zich bewegende elektrische ladingen, waarvan de positieve gedragen worden door stoffelijke lichaampjes van

[p. 268]

de grootheidsorde der atomen, de negatieve daarentegen op zichzelf bestaan (elektronen). Deze straling, wanneer zij zich in andere energievormen omzet, geeft aanleiding tot verdere verschijnselen; zoo veroorzaakt zij warmteontwikkeling in de radioaktieve stof, alsook fluorescentie; zij maakt gassen geleidend en brengt chemische werkingen teweeg. Verder vond men, dat sommige radioaktieve stoffen in haar massa aktieve gassen ontwikkelen, de emanatiën, en dat zij tijdelijke aktiviteit mededeelen aan de lichamen die haar omgeven. Eindelijk is uit de studie der radioaktiviteit de theorie van Rutherford en Soddy gesproten, die een aktieve stof als onbestendig beschouwt; door de opheffing van haar labiel inwendig evenwicht wordt haar konstitutie gewijzigd, en wel in de richting naar een stabielen toestand. Zoo zal dan de radioaktieve stof, door spontane verbrokkeling harer atomen, aan een reeks andere aktieve stoffen, haar ontledingsprodukten, het aanzijn schenken; en indien het verbrokkelingsproces op een volstrekt stabiele scheikundige stof uitloopt, dan zal de transmutatie van het aanvankelijke radioaktieve element in deze stof voltrokken zijn.

In 1903 werd door Ramsay en Soddy de opzienbarende ontdekking gedaan, dat de radiumemanatie zich vanzelf, d.i. zonder toevoer van uitwendige energie, om kan zetten in helium, een gasvormig element waarvan het bestaan in de zon en de vaste sterren sedert 1868 bekend was, en dat in 1896 door Ramsay ook op aarde was ontdekt geworden. Men stond hier dus voor een transmutatie van het element radium in het element helium via de emanatie (Soddy); en deze fundamenteele ontdekking, die onberekenbare gevolgen na zich kon sleepen, werd door een gansche reeks onderzoekers geverificeerd en bevestigd.

Deze transmutatie van radiumemanatie in helium heeft plaats wanneer de emanatie rein is, of met zuur- of waterstof is vermengd. Thans heeft Ramsay andere omzettingen aan het licht gebracht. Is de radiumemanatie in gedistilleerd water opgelost, dan vormt zich bijna geen helium, doch er heeft spontane ontwikkeling van neon plaats, een gas dat in zeer kleine hoeveelheid deel uitmaakt van de dampkringslucht. Gebruikt men instede van water een verzadigde oplossing van kopersulfaat of van kopernitraat, dan ontstaat geen spoor

[p. 269]

helium, doch hoofdzakelijk argon, en ook een spoor lithium. De vorming van natrium kan ook vermoed worden; doch de proefnemingen hebben daarvan geen afdoende bewijs geleverd. Nu is het merkwaardig, dat de emanatie, te oordeelen naar haar gedrag in andere omstandigheden, in dezelfde chemische groep schijnt te moeten gerangschikt worden als helium, argon en neon, en dat lithium het eerste lid is van de familie, waartoe ook koper behoort in de periodische tabel der elementen. Het schijnt dus dat we hier voor een tweeledige verbrokkeling van elementen staan: een spontane ontleding der radiumemanatie, leidende tot de vorming van edelgassen, en een onder den invloed der eerste plaatsgrijpende verbrokkeling van het koperatoom, die tot lithium, misschien ook tot natrium, voert. Met andere woorden, twee transmutaties van elementen in de richting van de hoogere naar de lagere atoomgewichten, verloopende ieder in een groep van het periodische systeem.

In verband hiermede heeft men doen opmerken, dat thoriumnitraat koolanhydride schijnt te ontwikkelen, en dat juist koolstof en thorium ook in dezelfde groep zijn vervat. Bovendien heeft Boltwood het zeer waarschijnlijk gemaakt, dat lood een ontledingsprodukt van uranium is; doch er dient aangemerkt, dat deze twee elementen niet tot dezelfde familie behooren.

Indien de proeven van Sir Wm. Ramsay bevestigd en uitgebreid worden, dan ligt het dogma der onveranderlijkheid der elementen, dat reeds zoo dikwijls zonder gevolg werd aangevochten, voorgoed in puin. Hoe dan ook het begrip van chemisch element gewijzigd moge worden, zeker is het, dat er dan voor de theoretische zoowel als voor de proefondervindelijke studie een veld zal openliggen, waarvan de vruchtbaarheid ternauwernood geschat kan worden. De oogst zal niet alleen aan de natuurwetenschap ten goede komen, doch onze gansche natuurbeschouwing, die ten innigste met den stand der wetenschappen samenhangt, zal tot een nieuw en hooger standpunt rijzen.

Omtrent de vraag naar de radioaktiviteit der gewone metalen, die reeds aanleiding tot talrijke onderzoekingen heeft gegeven, waaruit men tot de (weliswaar zeer zwakke) aktiviteit van lood, koper, aluminium, ijzer, tin, zilver, zink, enz., had besloten, is een belang-

[p. 270]

rijke verhandeling van N.R. Campbell en A. Wood verschenen. Reeds had J.J. Thomson ontdekt, dat metallisch kalium en natrium ρ-stralen (zeer langzame β-stralen) uitzenden. Campbell en Wood hel ben nu aangetoond, dat ook de kaliumzouten van den meest verschillenden oorsprong radioaktief zijn, ja kwantitatief dezelfde aktiviteit vertoonen; deze is aanzienlijk grooter dan die van lood; ook zijn de stralen veel doordringender. De aktiviteit van kalium, gemeten door haar ionizeerend vermogen, is echter 1000maal geringer dan die van uranium. Ook rubidium vertoont een meetbare aktiviteit. De kaliumstralen werken op de fotografische plaat; Campbell heeft gevonden, dat zij heterogene β-stralen zijn, waarvan het snelheidsbereik zich uitstrekt van zeer kleine snelheden af, tot aan de aanzienlijke snelheid der uraniumstralen.

Daardoor is bewezen, dat kalium en rubidium radioaktieve elementen zijn in den gewonen zin van dit woord; en derhalve laat de theorie van Rutherford en Soddy voorzien, dat zij door spontane ontbinding wellicht natrium en lithium leveren, indien wel te verstaan een analogie mag getrokken worden uit de hoogervermelde proefnemingen van Ramsay. Zoo is een argument meer geschonken aan de hypothesis, dat alle stof in langzaam verval is begrepen; dat aldus de materie, in haar struktuur, en niet bloot als trage draagster van arbeidsvermogen, medebetrokken is in het onomkeerbaar proces, dat de wereld in een bepaalde, en steeds dezelfde, richting voort doet schrijden. Zoo wordt ons geloof gesterkt, dat het heelal naar een eindtoestand streeft, dien het voortdurend nadert, zonder dat ooit een reeds doorleefde toestand zich een tweede maal voordoen kan. Het heelal veroudert steeds, het verjongt nooit van een sekunde; het gaat zijn einde te gemoet zonder éen schrede achteruit te doen. De thermodynamika had het ons reeds geleerd; thans schijnt de studie der radioaktiviteit haar gevolgtrekking te volledigen, door ons de degradatie, niet alleen van de gewone energieën, maar ook van de stoffen, aan te toonen; ja, door een brug te slaan tusschen de begrippen van stof en van arbeidsvermogen, en aldus het toepassingsbereik van het tweede grondbeginsel der energieleer uit te breiden.

Nieuwere onderzoekingen ontrent den invloed van de drukking op de radiumstraling, door A. Schuster, alsook door A.S. Eve en

[p. 271]

F.D. Adams, hebben doen blijken, dat drukkingen van de orde van 20.000 atmosferen niet den geringsten invloed hebben op de sterkte der straling. Dit resultaat, saamgeknoopt met de bekende onafhankelijkheid der stralingsintensiteit van de temperatuur, is gewichtig; want het toont aan dat, indien het binnenste der aarde radium bevat, dezes ontleding en de haar begeleidende warmteontwikkeling, tot op een diepte van minstens 50 mijlen⁽¹⁾, juist afloopen als aan de oppervlakte. Nu weet men dat de gesteenten, die de aardkorst samenstellen, radiumvoerend zijn, en indien haar gehalte aan radium bekend is, kan men berekenen in welke mate zij bijdragen tot het instandhouden der inwendige warmte der aarde. Uit de metingen van dat gehalte door J.R. Strutt, alsook door A.S. Eve en D. Mc. Intosh, is gebleken, dat de aktueele temperatuurgradient van den bodem vergt, dat radium slechts in een oppervlakkige laag aanwezig zij, waarvan de dikte 20 tot 40 mijlen niet kan overschrijden. Deze berekening stelt voorop, dat de straling niet afhangt van temperatuur noch van druk, hetgeen, wat het laatste punt betreft, door de vermelde onderzoekingen van Schuster en van Eve en Adams is bewezen.

In den loop van 1907 werden belangrijke proeven genomen omtrent de kwestie van den invloed der temperatuur op het lichtelektrisch effekt⁽²⁾, d.w.z. van het verschijnsel, waarbij geïsoleerde metalen⁽³⁾ een elektrische lading bekomen, wanneer zij door licht van zeer korte golflengte worden beschenen. In proeven van R.A. Millikan en G. Winchester werden schijven van koper, goud, nikkel, geelkoper, zilver, ijzer, aluminium, magnesium, antimoon, zink en lood in het hoogste luchtledige door ultraviolet licht bestraald, bij temperaturen die afwisselden tusschen 25° en 125°C; en daarbij kon geen invloed van de temperatuur op de foto-elektrische werking ontdekt worden. Eveneens vond E. Ladenburg, die insgelijks proeven in een vakuum nam, dat een temperatuurverhooging van 800°C. geen

(1) 1 mijl = 1609^m3.

(2) Reeds meermaals onderzocht, doch zeer zelden in een vakuum, en nog niet voor een uitgebreide reeks metalen. Het is gewichtig de onderzoeking in het luchtledige te doen, daar anders verschillende storende invloeden zich kunnen doen gelden.

(3) Ook andere lichamen, o.a. zilversulfiede, zilverjodiede, loodsuperoxiede, vertoonen het lichtelektrisch effekt.

[p. 272]

den minsten invloed op het verschijnsel oefent⁽¹⁾. Deze resultaten zijn van groot gewicht voor de verklaring van de lichtelektrische werking. Proefondervindelijk is bewezen, dat de lading, welke de metalen onder den invloed van het licht aannemen, te danken is aan de omstandigheid, dat zij onder dien invloed elektronen afgeven. Nu bevatten, zooals men weet, - in de huidige kinetische hypothesis - de metalen tweeërlei elektronen: 1^o vrije, d.i. zulke, die zich tusschen de atomen van het metaal ongestoord bewegen kunnen, zonder tot die atomen te behooren; deze zijn de dragers van den elektrischen stroom in een metallische geleiding; aan hun kinetische energie schrijft men ook de temperatuur van het metaal toe; zij kunnen dit laatste niet verlaten dan wanneer hun snelheid een gewisse waarde overtreft⁽²⁾; en 2^o gebondene, d.i. zulke, welke deel uitmaken van de atoomstruktuur, en uit het atoom slechts kunnen ontsnappen wanneer dit op een of andere wijze zijn stabiliteit verliest. De vraag is nu: zijn de onder den invloed van het licht uit het metaal gejaagde elektronen vrije of gebondene? In het eerste geval zouden de lichtstralen, waarin aanzienlijke elektromagnetische krachten werken, aan een deel der vrije elektronen de vereischte energie mededeelen tot het verlaten van het metaal. Doch dan zouden blijkbaar twee faktoren van invloed zijn op het aantal der uitgestooten elektronen: de intensiteit van het invallende licht, en de temperatuur van het metaal. Reeds wist men dat de eerste faktor de snelheden der ontsnappende elektronen niet beïnvloedt, en dat derhalve het licht niet rechtstreeks de elektronen uit het foto-elektrisch lichaam drijft, maar dat zijn werking een losmakende is. Thans bewijst de ervaring, dat ook de tweede faktor noch op het aantal der uitgestooten elektronen, noch op hun snelheid, werkt. Om deze reden moeten we de tweede hypothesis, hoe duister ze ook moge wezen, verkiezen. In deze laatste, die door Lenard werd voorgeslagen, en ook door J.J.

(1) W. Mansbergh Varley en F. Unwin vonden daarentegen, dat de lichtelektrische gevoeligheid van platina in zeer verdunde gassen bij gematigde temperaturen (tot op 60°C.) met den warmtegraad toeneemt, doch dat zij alsdan een maximum bereikt en een verdere verhooging der temperatuur (tot minstens 350°C.) er niet meer op inwerkt (Proc. Roy. Soc. Edin. 1907, 36, 117-134).

(2) Omdat een elektron, dat buiten het metaal geraakt is, door den elektrostatischen invloed van dit laatste terug wordt aangetrokken.

[p. 273]

Thomson verdedigd werd, zijn het de metaalatomen zelf, die de energie der lichtstralen opslorpen, en in zich immer ophoopen, totdat zij, bij een zekere kritische waarde der energie, onbestendig worden; dan komen de gebonden elektronen los tengevolge van een soort ontploffing van het atoom. Bemerkenswaardig is verder, dat de temperatuur de snelheden der uitgezonden elektronen niet beïnvloedt, hetgeen bewijst dat de snelheden der elektronen in het atoom onafhankelijk zijn van de temperatuur, zooals men reeds op andere gronden had aangenomen.

Om te eindigen zij nog een merkwaardige arbeid van P.R. Heyl vermeld, waarin deze de door de elastische zoowel als door de elektromagnetische lichttheorie gevorderde gelijkheid der voortplanplantingssnelheid van alle lichtstralen, in het luchtledige, proefondervindelijk heeft bewezen. Heyl koos daartoe het licht der veranderlijke ster Algol in het sterrenbeeld Perseus (Medusahoofd), en zonderde daaruit de ultraviolette stralen tot op een gegeven golflengte, af. Door middel dezer stralen nam hij op éen plaat een reeks fotografleën der ster gedurende haar lichtwisseling. De bekomen beelden vertoonden duidelijk het af- en toenemen der lichtsterkte. Heyl vergeleek het oogenblik van het fotografische lichtminimum met dat van het direkt met het oog waargenomen minimum der zichtbare stralen; de overeenstemming die hij verkreeg, was voldoende om te bewijzen, dat de voortplantingssnelheid der zichtbare en der ultraviolette stralen dezelfde is, met een benadering van minstens 1/350000⁽¹⁾.

D.J.

(1) In den laatsten tijd is nochtans Ch. Nordmann tot een tegenovergestelde gevolgtrekking gekomen (Compt. Rend. 1908, 146, 383-385), met een benadering die veel grooter is dan de door Heyl gebruikte (Aanmerking tijdens den druk).