Содди (Soddy), Фредерик

Английский химик Фредерик Содди родился в Истборне. Он был седьмым сыном лондонского купца Бенджамина Содди и Ханны (Грин) Содди. Мальчику было всего два года, когда умерла его мать. Содди вырастила его сводная сестра. У Содди рано проявился интерес к науке, и научный наставник в Истборн-колледже посоветовал ему поступить в Оксфордский университет, чтобы изучать химию. Готовясь к поступлению, С. целый год занимался в Университетском колледже Уэлса в Эберистуите. В 1895 г. он был принят в Мертон-колледж Оксфордского университета и получил научную стипендию. Здесь он изучал химию у Уильяма Рамзая и в 1898 г. был удостоен дипломом с отличием. В течение последующих двух лет Содди проводил в Оксфорде самостоятельные химические исследования.

В 1900 г. Содди занял должность ассистента профессора химии в Макгиллском университете в Монреале (Канада). Здесь он совместно с Эрнестом Резерфордом работал над решением проблемы радиоактивности. Эта проблема относилась к основам теоретической химии, заложенным в 1869 г. русским химиком Дмитрием Менделеевым. Менделеев расположил известные тогда химические элементы в периодической таблице, составленной им на основании следующего принципа: устойчивые элементы были выстроены в определенном порядке, где они отличались друг от друга только атомной массой. Дальнейшие исследования обнаружили, однако, загадочное нарушение порядка среди некоторых элементов, особенно радиоктивных. Они оказались неустойчивыми и превращались в элементы, которые, казалось, «выпадали» из таблицы. Резерфорд и Содди совместно разработали теорию распада радиоактивных элементов. В соответствии с этой теорией несколько самых тяжелых элементов обретают устойчивость, выбрасывая небольшие, но в достаточной степени разрозненные единицы массы, заряда и энергии из своих ядер в виде альфа-, бета- и гамма-излучений. В процессе радиоактивного распада образуются другие элементы. Возвратившись в 1903 г. в Англию, Содди работал с Рамзаем, продолжая в то же время свои исследования в Университетском колледже в Лондоне. Занимаясь изучением радиоактивного распада радия, он экспериментально доказал содержавшееся в его теории научное предвидение, что в результате распада радия образуется гелий. Это был первый документально подтвержденный случай образования одного элемента из другого.

В 1904 г. Содди начал читать лекцию по физической химии и радиоактивности в университете Глазго. Там он, проведя ряд экспериментов, показал, что радий образуется в результате постепенного распада атомов урана. Таким образом, Содди выдвинул предположение, что в ходе этого превращения должен образоваться промежуточный элемент. Справедливость гипотезы Содди подтвердил в 1906 г. американский физик Бертран Болтвуд, который назвал этот элемент ионием.

В годы своей исследовательской работы в Глазго Содди изучал свойства тех радиоактивных элементов, которые можно отделить друг от друга с помощью обычных химических средств. В 1910 г. он пришел к заключению, что «элементы с различной атомной массой могут обладать одинаковыми химическими свойствами». В течение последующих двух лет ученый расширил рамки своих опытов, включив в них нерадиоактивные элементы. В 1913 г. Содди выдвинул концепцию изотопов атомов одного и того же элемента, которые отличаются друг от друга физическими свойствами. Все изотопы одного элемента занимают в периодической таблице одно и тоже место (термин «изотоп» означает «одинаковое место»), но обладают разной атомной массой. Период работы в университете Глазго был для ученого поистине продуктивным. Именно в это время Содди сформулировал закон радиоактивного смещения, который утверждает, что при изучении альфа-частиц происходит превращение одного элемента в изотоп другого элемента, расположенного на два места ниже в периодической таблице, а бета излучение вызывает смещение на одно место выше. Правило смещения дало возможность предсказывать последовательность распада многих радиоактивных элементов, определяя образующиеся таким образом элементы на основе того или иного вида излучения и включая их в периодическую таблицу (одновременно с Содди закон смещения открыл Казимир Фаянс).

Сделанные Содди открытия имели фундаментальное значение для химии. Согласно традиционной химической теории, атомные массы элементов должны были выражаться целыми числами, однако наблюдения во многих случаях свидетельствовали о наличии незначительных отклонений. Теория изотопов логически объяснила встречающиеся отклонения в атомной массе и вновь поставила вопрос, впервые поднятый английским химиком Уильямом Праутом в 1815 г.: все ли атомы состоят из неких одинаковых компонентов? Коллега Содди, Фрэнсис У. Астон, нашел на него ответ и был удостоен за свою работу Нобелевской премии.

В 1914 г., в год, когда началась первая мировая война, Содди ушел из университета Глазго и занял должность профессора химии в Абердинском университете. Несмотря на то что вносимый ученым вклад в дело помощи своей воюющей родине заставил его прервать осуществление намеченной программы исследований, ему удалось подтвердить два предвидения, вытекавших из закона радиоактивного смещения. Прослеживая происхождение элемента актиния, он доказал, что обычный свинец фактически представляет собой смесь изотопов.

Став в 1919 г. профессором неорганической и физической химии в Оксфордском университете, Содди посвящал значительную часть своего времени повышению уровня преподавания и модернизации оборудования университетской лаборатории. В 1920 г. он предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород и окаменелостей, поскольку известна скорость их радиоактивного распада. Его предположение в конечном счете привело к развитию современной технологии радиоактивного датирования например, к появлению метода датирования с помощью углерода-14, разработанного в 40-х гг. американским химиком Уиллардом Ф. Либби.

В 1921 г. Содди была присуждена Нобелевская премия по химии «за вклад в химию радиоактивных веществ и за проведенное им исследование природы и происхождения изотопов». В своей Нобелевской лекции «Происхождение концепции изотопов» Содди оценил свой труд как всего лишь «небольшую часть той значительной новаторской работы во многих областях», которая была проведена за последние 20 лет. Он также выразил благодарность Резерфорду за то, что тот приобщил его к проблемам радиоактивности в самом начале его научной карьеры, когда он работал в Монреале.

После получения Нобелевской премии Содди постепенно отошел от активных научных исследований в области химии и обратил свое внимание на сферу экономической, социальной и политической теории, написав несколько книг на эти темы. Он также заинтересовался теоретическими проблемами математики. Однако Содди приобрел наибольшую известность благодаря своему вкладу в теорию строения атома. Несмотря на то что он предвидел потенциальное значение использования атомной энергии в мирных целях, в последние годы жизни ученый, проявляя глубокую озабоченность в связи с появлением атомного оружия и гонкой ядерных вооружений, призывал своих коллег взять на себя ответственность за социальные последствия своих научных исследований. В 1900 г. Содди женился на Уинифред Бейллой. У них было трое детей. После смерти жены в 1936 г. Содди в возрасте 59 лет вышел в отставку с должности профессора Оксфордского университета и переехал в Брайтон, где и умер в 1956 г.

Помимо Нобелевской премии, Содди была присуждена премия Канниццаро Итальянской национальной академии наук (1913), медаль Альберта Королевского общества искусств (1951) и почетная степень доктора Оксфордского университета. Ученый был членом Британского химического и Лондонского королевского обществ, иностранным членом академий наук Италии, Советского Союза и Швеции.