Question

放射线元素镭和钋的发现

Answer 1

居里夫人发现放射性元素镭和钋，最应该感谢的是他的丈夫比埃尔和比埃尔的哥哥雅克，是他们共同发明了“压电石英静电计”这个可用来测量电荷变化量的仪器，才使她成功发现了镭和钋。可以这么说，如果没有这个发明，居里夫人发现镭和钋就不会成功。

压电石英本质就是一个平板电容器，在沿一定方向上受到外力的作用而变形，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。这种现象叫正压电效应。在外力的作用下，电荷向石英两极移动，形成电势差。压力越大电势差越大，根据这个原理可以用来测量物质重量和分子量。

验电器里的金属球和内部的金属指针带的是同种电荷，电荷越多，指针张开的角度越大。

由于铀射线会造成空气电离，验电器的金属指针上的电荷逃走而垂下来。金属指针失去部分电荷，石英两极电势差也会跟着发生变化。要把垂下来金属指针重新恢复到原来张开的角度，就要给它输送新的电荷。石英表面受到压力越大产生电荷就越多。利用这个压力补偿法可以判断辐射强度的大小。

1897年，玛丽在比埃尔的帮助下经过细致和耐心的测量，玛丽得出了一个重要的结论:铀射线的强度仅与铀化合物中铀的含量有关，与化合物的组成无关，也不受光照、加热和通电等因素的影响。铀射线的发射是一种原子的特征，意味着别的元素也可以发射射线。

循着这样的思路，玛丽决定把当时已经知道的元素检验个遍，那个年代总共发现了大约80种元素。每一种元素的发现都使它的发现者在科学史上千古留名。她发现只有钍也具有放射性。

玛丽用压电石英静电计仔细测量沥青铀矿的放射性强度，她发现含铀多的化合物放射性强，含铀少的放射性弱，她试了各种铀的化合物，包括金属铀，都证明了这一点，可以根据放射性的强弱来测定物质中铀的含量。

但是，玛丽在应用这种方法来测定铀矿石中铀的含量，出现了怪事。沥青铀矿和铜铀云母矿石的放射性居然比纯金属铀还要强。

实验反复进行了二十多次，一直是这样。

检查验电器没问题，检查铀的化合物也没问题，那么问题出在哪里？按理说，纯铀的放射性应该最强，化合物里铀的含量低，放射性强度应该是纯铀的百分之几，可现在居然没有变弱，反而更强了。为什么呢？

这说明在沥青铀矿和铜铀云母矿里还含有其它放射性比纯铀强的多的新元素。

为了证明自己的猜测，玛丽在实验室里用化学的方法合成了铜铀云母，主要成分和天热的铜铀云母成分一样。可是人工合成的云母放射性强度只有天然铜铀云母的18%，这证明玛丽的猜测是对的，天然的铜铀云母里含有杂质，这杂质里含有放射性更强的未知的新元素。

这是一个了不起的发现，比埃尔居里决心放下他的晶体研究，而是和玛丽一起寻找这未知的元素。

他们决定从沥青铀矿中去寻找，他们先把矿石溶解在酸里，然后通入硫化氢气体，生成沉淀。沉淀里含有铅、铜、砷、铋等硫的化合物，而溶液里含有铀、钍和钡等元素。

未知的元素在溶液里？还是在沉淀里？

玛丽用验电器分别测量，结果发现沉淀里的放射性更强一些。他们把这部分沉淀又用酸溶解，再加入新的化学试剂，又产生新的沉淀，然后过滤，把铅、铜和砷都分开了。剩下只有铋溶液，铋溶液放射性很强，他们知道铋是不具有放射性的，这就证明了新元素在铋溶液里，化学性质和铋很接近，然而放射性却比铀强很多。

经过几个月时间的通宵达旦，他们终于把沥青铀矿中所有的化学成分都分离出来。1898年7月在期待已久的铋的化合物里他们发现了新元素钋。几年后他们提炼到纯净的钋盐，并且得到钋的特征光谱，得到了世界的公认。

居里夫妇很小心，他们没有把同样有放射性的溶液倒掉，虽然她们知道溶液里含有铀和钍，本身是具有放射性的元素。

居里夫妇非常仔细测定含铀、钍和钡溶液放射性的强度，结果发现，溶液的放射性强度居然比只含有铀和钍的溶液放射性要大很多。这说明含钡溶液里还含有另外一种放射性元素。

五个月后，1898年12月26日在法兰西科学年会的《论文汇编》里，有这样一段话:“我们有充分的理由相信在沥青铀矿里除了钋之外，还有第二种放射性非常强的元素镭的存在。它的化学性质和钡相似，在初步得到和钡在一起的镭，其放射性强度要比纯铀大九百倍。”(纯镭要比纯铀的放射性大几百万倍)。

要向全世界证明沥青铀矿中含有镭和钋，他们还需要付出艰苦的代价，提取纯钋和纯镭。

居里夫妇从奥地利搞来八吨的沥青铀矿渣，他们在理化学校的一间棚屋里一干就是四十五个月，经历了四个寒暑，终于用分步结晶提炼法，即在每吨沥青矿渣里提取10-20公斤硫酸钡，然后再把硫酸钡变成氯化物，这些氯化物里含镭量大约是万分之三。

1902年3月28日，玛丽得到了0.1克纯的氯化镭白色晶体，她在日记本上兴奋地写下一行字。Ra=225.93即镭的原子量。

现在谁也不用怀疑镭的存在了。这真是一个奇妙的元素，它不停地放出极强的射线，在黑暗中，发出蓝色的荧光，镭有它的特征光谱，有它的原子量，还有它种种奇异的特性，虽然那时纯的金属镭还没提炼出来。

这可是世界级的大发现，从此开辟了一门新学科放射性学。1903年居里夫人得到科学界的最高荣誉诺贝尔奖。