Расщепление — понятие в физике и химии¶

Расщепление — обобщённое обозначение процессов, при которых целое образует более мелкие составные части: атомное ядро делится на фрагменты, молекула разрывается на радикалы, а биологическая молекула распадается на мономеры. Термин применяется в ядерной физике (деление ядер), квантовой механике (расщепление уровней), химии (гомолитический и гетеролитический распад связей), биохимии (расщепление полимеров) и технике (расщепление луча, разделение материалов).

¶Ядерное расщепление

Наиболее известное значение термина — деление ядра, при котором тяжёлое атомное ядро распадается на два или более более лёгких ядра с выделением нейтронов и энергии. Явление открыто в декабре 1938 года немецкими химиками Отто Ганом и Фрицем Штрассманом, а его теоретическое объяснение дали Лиза Мейтнер и Отто Фриш.

При бомбардировке ядра урана-235 медленными нейтронами оно захватывает нейтрон, становится возбуждённым и распадается на два осколка (например, барий и криптон), испуская 2–3 новых нейтрона. Эти нейтроны могут вызвать деление соседних ядер, порождая цепную реакцию. Энергия выделяется за счёт разницы масс продуктов и исходного ядра, описываемой формулой Эйнштейна E = mc².

Основные типы ядерного расщепления:

• Термическое деление — вызванное медленными (тепловыми) нейтронами, используется в ядерных реакторах.
• Спонтанное деление — самопроизвольный распад тяжёлых ядер без внешнего воздействия, характерен для урана-238, калифорния-252.
• Фотоделение — инициированное гамма-квантом высокой энергии.
• Деление под действием заряженных частиц — протонов, дейтонов, альфа-частиц.

В СССР первая в мире атомная электростанция — Обнинская АЭС — была пущена 27 июня 1954 года на основе цепной реакции деления урана. В России атомная энергетика остаётся одной из ключевых отраслей: работает более 10 действующих АЭС, а российские технологии реакторов ВВЭР-1200 экспортируются.

¶Расщепление в квантовой механике

В квантовой механике расщепление уровней — разделение вырожденных квантовых уровней атома или молекулы под действием внешнего поля или внутренних взаимодействий.

• Расщепление Зеемана — дробление спектральных линий в магнитном поле, открыто Питером Зееманом в 1896 году. Уровни с разными значениями магнитного квантового числа приобретают разную энергию.
• Расщепление Штарка — аналогичный эффект в электрическом поле, предсказанный Йоханнесом Штарком в 1913 году.
• Спин-орбитальное расщепление — разделение уровней вследствие взаимодействия орбитального и спинового моментов электрона; объясняет тонкую структуру спектральных линий.
• Гипертонное расщепление — мелкое дробление уровней из-за взаимодействия ядерного спина с электронными оболочками.

Эти эффекты лежат в основе спектроскопии и позволяют определять структуру атомов и молекул.

¶Расщепление в химии

В химии термин описывает разрыв химической связи в молекуле. Различают два механизма:

• Гомолитический расщепление — каждому атому отходит по одному электрону, образуются два радикала: Cl₂ → 2Cl·. Процесс инициируется нагреванием, ультрафиолетом или инициаторами.
• Гетеролитический расщепление — оба электрона связи переходят к одному атому, образуются ионы: HCl → H⁺ + Cl⁻. Характерен для полярных связей.

Примером гомолитического расщепления является разложение пероксида водорода под действием света, гетеролитического — гидролиз пептидных связей в кислой или щелочной среде.

¶Биохимическое расщепление

В биохимии расщепление — ферментативный гидролиз полимеров до мономеров. Пептидазы расщепляют белки до аминокислот, амилазы — крахмал до глюкозы, липазы — жиры до глицерина и жирных кислот, нуклеазы — нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. Эти реакции катализируются в пищеварительном тракте и клетке (лизосомы).

¶Технические применения

• Расщепление луча — разделение лазерного или светового пучка на два с помощью полупрозрачных зеркал; основа интерферометров и оптических схем.
• Расщепление платины — древнерусский металлургический приём, при котором сплав золота и платины обжигался с солью, в результате чего платина измельчалась и отделялась. Применялся на Урале с конца XVIII века.
• Расщепление экрана (Split Screen) — графический приём в кинематографе и компьютерных играх, показывающий два изображения одновременно.

¶См. также

• Деление ядер
• Квантовый скачок
• Гидролиз
• Цепная реакция

¶Источники

• Франк-Каменецкий Д. А. «Расщепление атомного ядра». — М.: Наука, 1980.
• Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. «Квантовая механика. Нерелятивистская теория».
• Гринвуд Н., Эрншоу А. «Химия».
• Биологическая энциклопедия. — М.: Большая российская энциклопедия, 1986.