讨论元素时最值得注意的是发现放射性元素在发出射线的过程中
会转变为另一种元素——后来叫做嬗变。
居里夫人是第一位研究这种现象的本质的人,她是由于一个
偶然的机会开始这项研究的。当她正在测试沥青铀矿是否含有值
得再提炼的足够铀元素时,她和她的丈夫很惊讶地发现,其中有
几块矿石的放射性甚至比纯铀应该具有的放射性还要强。当然这
意味着在沥青矿里还存有其他的放射性元素。这些未知元素只能
以少量存在,因为一般的化学分析都检验不出来,所以它们必定
有很强的放射性。
最令居里夫妇兴奋的是,他们取得了几吨的沥青铀矿,并在
一个小木棚里建造了他们的工作场所,在极为简陋的条件下,以
极大的毅力驱策着他们前进——为了找出极少量的新元素,他们
继续与那又黑又重的矿物奋斗。在1898年7月,他们分离出放射
性强度为同量铀元素400倍的少量黑色粉末。
这种粉末是一种化学性质与碲元素相似的新元素,因此在周
期表中它应该排在碲的下方(后来它的原子序数被定为84),居
里夫妇把它叫做钋,是以居里夫人的祖国命名的。
但是钋只能解释粉末中的一部分放射性。于是居里夫妇继续
做了更多的研究工作,并在1898年12月,提炼出了一种放射性比
外还要强的物质。该物质含有另一种元素,它的性质类似钡(后
来被置于钡的下方,原子序数为88)。居里夫妇把它叫做镭,因
为其放射性很强。
他们持续工作了4年,来收集足够的纯镭以便能够了解它。
后来居里夫人在1903年把她的研究写成提要,作为博士论文。这
也许是科学史上最重要的一份博士论文,她也因此赢得了两项诺
口尔奖。居里夫人和她的丈夫以及A.H.贝克勒耳因研究放射性
而共同获得 1903年的诺贝尔物理学奖; 1911年时,居里夫人又
因发现钋和镭而单独获得诺贝尔化学奖(因为她丈夫在1906年因
车祸丧生了)。
钋和镭比铀和钍更加不稳定,换句话说,就是更具放射性,
每秒有较多的原子衰变,寿命极短。事实上,宇宙里所有的钋和
镭应在大约100万年里便全部消失掉。但为何在有几十亿年的地
球上仍然可以找到它们呢?答案就是针和镭在铀和钍衰变成铅的
过程中会继续形成。不论在哪里找到铀和钍,同样也可以发现少
量的钋和镭,它们是在铀和钍最终衰变成铅的过程中的中间产物。
通过对沥青铀矿的仔细分析和对放射性物质的深入研究,在
铀和钍衰变成铅的过程中发现了其他3种不稳定的元素。1899年,
戴柏伦接受了居里夫妇的建议,在沥青铀矿中寻找其他的元素,
后来他找出一种叫做锕(源于希腊文“射线”)的元素,此元素
的原子序数最后定为89。翌年,德国物理学家多恩证实在镭衰变
时会产生一种气体元素:放射性气体在当时还是一种新的东西。
最后此元素被命名为氡(源自它的化学近亲镭和氩),原子序数
为86。1917年,两个不同的小组——德国的哈恩和迈特纳以及英
国的索迪和克兰斯顿——从沥青铀矿中分离出新元素91,命名为
镤。
寻找遗漏的元素
到1925年,周期表中被确认的元素已有88种——其中有81种
稳定元素和7种不稳定元素。这样寻找4种遗漏的元素(即第43号、
61号、85号和 87号元素)就十分迫切了。
因为从原子序数84~92的所有已知元素都具有放射性,科学
家们很有信心地预测,85号和87号同样也具有放射性。另一方面,
43号和61号由稳定元素包围着,又似乎没有理由预测它们本身不
是稳定的,因此它们应在自然界中找到。
第43号元素,正好位于周期表铼元素之上方,预测和铼具有
相似的性质并且可以在同样的矿物中找到。事实上,发现铼元素
的诺达克、塔克和柏格小组相信,他们已检验出与元素43同样波
长的X射线。所以他们宣布,他们也发现了43号元素,并命名为
masurium,是以东普鲁士的一个区域来命名的。然而他们的鉴定
并未受到肯定:在科学上,一项发现至少要有另一位研究者加以
证实,否则就不算是一项发现。
1926年,伊利诺大学的两位化学家宣布,他们已经在含有其
邻近元素( 60和 62)的矿物中,找到元素61,他们把这种发
现物命名为illinium。同年,一对意大利化学家在佛罗伦斯大学
认为,他们已经分离出相同的元素并命为florentium。但是这两
组化学家的工作都没有得到其他化学家的证实。
数年后,一位亚拉巴马工程学院的物理学家,使用一套他自
己设计的分析法,报告说他已找到少量的元素87和85;他称之为
virginium和alabamine,是分别根据他的祖国及州名来命名的。
但这些发现也都没有得到证实。
后来事实证明上述元素43号、61号、85号、和87号的“发现”
是错误的。
这4种元素中,第一个被确认的是43号元素。因发明回旋加