1 居里夫人和镭
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镭是一种具有很强的放射性的元素,能不断放出大量的热。镭能放射出α和γ两种射线,并生成放射性气体氡。镭放出的射线能破坏、杀死细胞和细菌。因此,常用来治疗癌症等。此外,镭盐与铍粉的混合制剂,可作中子放射源,用来探测石油资源、岩石组成等。是原子弹的材料之一。
1859年生于巴黎的皮埃尔·居里18岁的时候就通过了大学毕业考试并获得了理科硕士学位。1880年,年仅21岁的皮埃尔发现了电解质晶体的压电效应。不久之后他遇到了志趣相投玛丽,很快他们便结为了夫妻。
1896年,法国物理学家贝克勒尔发现一种铀盐能自动地放射出一种性质不明的射线。这一发现引起居里夫妇的极大兴趣,这是一个极好的研究领域。
居里夫人很好奇,她想知道射线放射出来的力量是从哪里来的?当时欧洲所有的实验室还没有人对铀射线进行过深刻研究,于是居里夫人决心闯进这个领域。
居里夫妇
居里夫人与丈夫皮埃尔·居里在实验室工作
理化学校校长经过皮埃尔多次请求,才允许居里夫人使用一间潮湿的小屋作理化实验。在一间原来用作贮藏室的闭塞潮湿的房子里、玛丽利用极其简单的装置,开始向这个新领域进军。仅仅几个星期,她便取得可喜的成果。她证明铀盐的这种惊人的放射强度与化合物中所含的铀量成正比,而不受化合物状况或外界环境的影响。她还认为,这种不可知的放射性是一种元素的特征。难道只有铀元素才有这种特性?遵循这一思路,她决定检查所有已知的化学物质。通过繁重而又艰巨的普查,她发现了另一种元素钍的化合物也能自动地发出与铀射线相似的射线,由此她深信具有放射现象决不只是铀的特性,而是一种自然现象。对此她提议把这种现象叫作放射性,把铀、钍等具有这种特性的物质叫作放射性物质。
居里夫人毫不厌倦地用同一方法去研究大量的材料,终于有了新的发现:有些矿物的放射性强度比其单纯由所含铀或钍所产生的放射性强度要大得多。开始她还不敢确信这一测定,但是经过一二十次重复测量,不得不承认这是事实。这事实表明这些矿物中含有放射性比铀、钍强得多的某种未知元素。这是一个十分重要而吸引人的推断。尽管一些同行劝她谨慎些,她还是深信自己的试验没有错,并下定决心把这一新元素找出来。
这种未知元素存在于铀沥青矿中,但是他们根本没有想到这种新元素在矿石中的含量只不过百万分之一。他们废寝忘食,夜以继日,接着化学分析的程序,分析矿石所含有的各种元素及其放射性,几经淘汰,逐渐得知那种制造反常的放射性的未知元素隐藏在矿石的两个化学部分里。经过不懈的努力,1898年7月,他们从其中一个部分寻找到一种新元素,它的化学性质与铅相似,放射性比铀强400倍。皮埃尔请玛丽给这一新元素命名,为了纪念居里夫人的祖国——波兰,新元素被命名为钋。
知识拓展
什么是放射性元素?
放射性元素(确切地说应为放射性核素)是能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线(如α射线、β射线、γ射线等),同时释放出能量,最终衰变形成稳定的元素而停止放射的元素。这种性质称为放射性,这一过程叫做放射性衰变。含有放射性元素的矿物叫做放射性矿物。
放射性元素分为天然放射性元素和人工放射性元素两类。放射性元素(确切地说应为放射性核素)最早应用的领域是医学和钟表工业。镭的辐射具有强大的贯穿本领,发现不久便成为当时治疗恶性肿瘤的重要工具;镭盐在暗处发光,用于涂制夜光表盘。现在,放射性元素的应用已深入到人类物质生活的各个领域,例如核电站和核舰艇使用的核燃料,工业、农业和医学中使用的放射性标记化合物,工业探伤、测井、食品加工和肿瘤治疗所使用的某些放射源等
发现钋元素之后,居里夫妇以孜孜不倦的精神,继续对放射性比纯铀强900倍的含钡部分进行分析。
1898年12月,居里夫妇又根据实验事实宣布,他们又发现了第二种放射性元素,这种新元素的放射性比钋还强。他们把这种新元素命名为“镭”。可是,当时谁也不能确认他们的发现,因为按化学界的传统,一个科学家在宣布他发现新元素的时候,必须拿到实物,并精确地测定出它的原子量。而居里夫人的报告中却没有针和镭的原子量,手头也没有镭的样品。
居里夫妇决定拿出实物来证明。当时,藏有钋和镭的沥青铀矿,是一种很昂贵的矿物,主要产在波希米亚的圣约阿希母斯塔尔矿,人们炼制这种矿物,从中提取制造彩色玻璃用的铀盐。
对于生活十分清贫的居里夫妇来说,哪有钱来支付这件工作所必需的费用呢?他们的智慧补足了财力,他们预料,提出铀之后,矿物里所含的新放射性元素一定还存在,那么一定能从提炼铀盐后的矿物残渣中找到它们。
居里夫人发现了放射性元素镭和钋
钋和镭的发现,给科学界带来极大的不安。一些物理学家保持谨慎的态度,要等研究得到进一步成果,才愿表示意见。一些化学家则明确地表示,测不出原子量,就无法表示镭的存在。把镭指给我看,我们才相信它的存在。要从铀矿中提炼出纯镭或钋,并把它们的原子量测出来,这对于当时既无完好和足够的实验设备,又无购买矿石资金和足够的实验费用的居里夫妇,显然比从铀矿中发现钋、镭要难得多。为了克服这一困难,他们四处奔波,争取有关部门的帮助和支援。在他们的努力下,奥地利惠赠1吨铀矿残渣。
放射性标志
他们又在理化学校借到一个连搁死尸都不合用的破漏棚屋,开始了更为艰辛的工作。这个棚屋,夏天燥热得象一间烤炉,冬天却冻得可以结冰,不通风的环境还迫使他们把许多炼制操作放在院子里露天下进行。没有一个工人愿意在这种条件下工作,居里夫妇却在这一环境中奋斗了4年。他们为了提炼镭,克服了人们难以想像的困难,居里夫人立即投入提取实验,她每次把20千克的废矿渣放入冶炼锅熔化,连续几小时不停地用一根粗大的铁棍搅动沸腾的材料。
4年中,不论寒冬还是酷暑,繁重的劳动,毒烟的熏烤,他们从不叫苦。对科学事业的执着追求使艰辛的工作变成了生活的真正乐趣,从1898年一直工作到1902年,经过几万次的提炼,处理了几十吨矿石残渣,经过浓缩,分部结晶,终于在同年12月得到少量的不很纯净的白色粉末。这种白色粉末在黑暗中闪烁着白光,据此居里夫妇把它命名为镭,它的拉丁语原意是“放射”。终于得到0.l克的镭盐,测定出了它的原子量是225。
皮埃尔·居里
由于居里夫人的研究工作太重要了,皮埃尔决定暂时停止他在晶体方面的研究,协助妻子共同寻找这一未知元素。皮埃尔的参加,对于玛丽来说无疑是一个极大的鼓励和支持。这种通力合作,持续了8年,直到一次意外的车祸夺去了皮埃尔的生命。
知识解码
放射性元素的发现史
1899年,德比埃尔内根据居里夫妇的建议,在沥青铀矿石中继续寻找其他放射性元素,终于发现了被他定名为锕的元素,这个元素后来被列为第89号元素。
1900年,德国物理学家多恩指出,当镭发生衰变时,会生成一种气态元素。放射性气体在当时是一种新鲜的东西,这个元素后来被命名为氡,并被列为第86号元素。
到1917年,德国的哈恩和梅特涅小组、英国的索迪和克兰斯顿小组又从沥青铀矿石中分离出第9l号元素——镤。
到1925年为止,已被确认的元素总共巳达88种,其中有81种是稳定的,7种是不稳定的。这样一来,努力找出尚未发现的4种元素就成为科学家们的迫切愿望了。
1939年,第87号元素终于在自然界中被发现了。法国化学家佩雷在铀的衰变产物中把它分离了出来。由于它的存在量极小,所以只有在技术上得到改进以后,人们才能在以前未能找到它的地方把它找出来。佩雷后来把这个新发现的元素命名为钫。
第85号元素和锝一样,是在回旋加速器中通过对第83号元素铋进行轰击而得到的。1940年,赛格雷、科森和麦肯齐在加利福尼亚大学分离出第85号元素。第二次世界大战后他们又重新进行,并在1947年提出把这个元素命名为砹。
与此同时,第四个也是最后一个尚未被发现的元素,第61号元素也在铀的裂变产物中发现了。橡树岭国立实验室的马林斯基、格伦丁宁和科里尔这三位化学家在1945年分离出第61号元素,他们把它命名为钷。
这样,元素一览表,从第1号至92号,终于全部齐全了。
居里去世后的玛丽,不仅生活上要养老抚幼,更重要的是要继承居里的事业,把放射学这门课教得更好,要建设起一个对得起居里的实验室,使更多的青年科学家在这里成长,共同发展科学。为此她接过了居里的所有担子,继续贡献出她全部的才智和心血。
1934年7月4日,长期积蓄体内的放射性物质所造成的恶性贫血即白血病最终夺去了居里夫人宝贵的生命。她虽然离开了人世,但是她为人类所作的贡献以及她的崇高品行将永远铭记在人们的心里。
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