1、元素发现史Discovery of chemical elementDiscovery of chemical element2010-12-22010-12-2第十章第十章 放射性元素的发现放射性元素的发现第一节第一节 放射性元素概念放射性元素概念放射性的定义放射性的定义：某些物质的原子核能发生衰变，放出我们某些物质的原子核能发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到，只能用专门的仪器才能探测到的肉眼看不见也感觉不到，只能用专门的仪器才能探测到的射线，物质的这种性质叫放射性射线，物质的这种性质叫放射性(radioactivity) (radioactivity) 。放射性元素放射性元素(radi
2、oactive elements)(radioactive elements)： 具有放射性的元素的具有放射性的元素的统称。具体指元素周期表中锝、钷和钋，以及钋以后的统称。具体指元素周期表中锝、钷和钋，以及钋以后的所有元素。所有元素。该类元素的所有同位素都具有放射性。该类元素的所有同位素都具有放射性。原子序数在原子序数在8484以上的元素，原子序数在以上的元素，原子序数在8383以下的元素以下的元素TcTc、PmPm。天然放射性元素：钋（天然放射性元素：钋（PoPo）、氡（）、氡（RnRn）、钫（）、钫（Fr Fr）、镭）、镭（RaRa）、锕（）、锕（AcAc）、钍（）、钍（ThTh）、镤（）
3、、镤（PaPa）和铀（）和铀（U U）第二节第二节 放射元素的先导放射元素的先导- - 铀、钍的发现铀、钍的发现 致密而有延展性的银白色放射性金属，在接近致密而有延展性的银白色放射性金属，在接近绝对零度时有超导性；绝对零度时有超导性；铀（铀（U Uraniumranium，原子序号，原子序号9292） 铀是自然界中能够找到的铀是自然界中能够找到的最重元素最重元素，密度：，密度：18.95g/cm18.95g/cm3 3； 在自然界中存在三种同位素，均带有放射性，拥有非常长在自然界中存在三种同位素，均带有放射性，拥有非常长的半衰期（数亿年的半衰期（数亿年 数十亿年）；数十亿年）；U-238U-2
4、38 U-235U-235 U-234U-234 熔点：熔点：1132.01132.0， 沸点：沸点：3818.03818.0； 化学性质活泼，空气中能自燃，能与多种金属能形成合化学性质活泼，空气中能自燃，能与多种金属能形成合金，主要的氧化物为金，主要的氧化物为UOUO3 3、U U3 3OO8 8、UOUO2 2等；等； 铀在地壳中的丰度并不很小，每吨地壳物质中约含铀在地壳中的丰度并不很小，每吨地壳物质中约含2.5g2.5g铀，含铀的主要矿物有沥青铀矿和钾钒铀矿。铀，含铀的主要矿物有沥青铀矿和钾钒铀矿。 UO UO2 2铜铀云母铜铀云母硅钾铀矿硅钾铀矿沥青铀矿沥青铀矿M.H.Klaproth
5、M.H.Klaproth德国化学家德国化学家17891789年年，克拉普罗特开始研究沥青铀矿；，克拉普罗特开始研究沥青铀矿；当时认为是一种含当时认为是一种含有锌和铁的矿石有锌和铁的矿石磷磷酸酸矿石矿石溶解溶解碳酸钾碳酸钾中和中和 过量酸过量酸铁、铝、锰、锌铁、铝、锰、锌等离子被沉淀出等离子被沉淀出* * 黄色沉淀生成黄色沉淀生成(UO(UO2 2COCO3 3) )可溶性络盐可溶性络盐K K4 4UOUO2 2(CO(CO3 3) )3 3 过量过量 碳酸钾碳酸钾黄色黄色 消失消失克拉普罗特继续研究，设法提取新元素：克拉普罗特继续研究，设法提取新元素：黄色沉淀黄色沉淀+ +油脂糊油脂糊+ +木
6、炭混合木炭混合黑色有金属黑色有金属光泽的粉末光泽的粉末 被认为是金属铀，此后被认为是金属铀，此后五十年间这种说法被公认，五十年间这种说法被公认，其实是铀的氧化物。其实是铀的氧化物。17891789年年9 9月月2424日，克拉普罗特向柏林科学院报告了这一发日，克拉普罗特向柏林科学院报告了这一发现现乌拉尼特乌拉尼特(Uranit)-(Uranit)-一种新的半金属一种新的半金属，并模仿古代，并模仿古代炼金家以行星命名元素的作法，建议以炼金家以行星命名元素的作法，建议以17811781年发现的天王年发现的天王星（星（UranusUranus）命名所发现的元素为）命名所发现的元素为铀铀(Uraniu
7、m)(Uranium)。这一新元素的发现确实引起了许多化学家的兴趣，不少人这一新元素的发现确实引起了许多化学家的兴趣，不少人对它进行了研究。但实际上，对它进行了研究。但实际上，“新元素新元素”不是元素而是化不是元素而是化合物。在长达半个世纪的时间内，竟没有人认识到这一点。合物。在长达半个世纪的时间内，竟没有人认识到这一点。克拉普罗特本人一直到死，仍然深信自己发现并分离出了克拉普罗特本人一直到死，仍然深信自己发现并分离出了铀元素。铀元素。曾有少数人对克拉普罗特的结论表示过怀疑，认为曾有少数人对克拉普罗特的结论表示过怀疑，认为“Uranit”Uranit”可能是一种化合物。例如瑞典著名化学家贝可能
8、是一种化合物。例如瑞典著名化学家贝采里乌斯，就曾试图采里乌斯，就曾试图用纯钾来还原用纯钾来还原“Uranit”Uranit”，但未成，但未成功；同一时期，阿弗维特逊也曾功；同一时期，阿弗维特逊也曾用氢来还原用氢来还原“Uranit”Uranit”以及铀和钾的一种二元氯化物，但得到的最终产品依然以及铀和钾的一种二元氯化物，但得到的最终产品依然是是“Uranit”Uranit”。铀元素的真正发现，是在铀元素的真正发现，是在18411841年年，整整在铀发现后的，整整在铀发现后的近半个世纪。这一贡献是属于法国的科学家近半个世纪。这一贡献是属于法国的科学家佩利戈特佩利戈特(Peligot, E. M.
9、 1811-1890)(Peligot, E. M. 1811-1890)，他揭开了，他揭开了UranitUranit的秘密。的秘密。 1841 1841年，佩利戈特首次制成了四氯化铀（灰绿年，佩利戈特首次制成了四氯化铀（灰绿色结晶体，具有强烈的潮解性）色结晶体，具有强烈的潮解性）. .HClHClUranitUranitUClUCl4 4氯气氯气“铀”Uranit+碳升华出来的升华出来的氯化铀晶体氯化铀晶体生成氯化铀所消耗生成氯化铀所消耗的的“Uranit”Uranit”和氯和氯气的总量竟是化学气的总量竟是化学计算量的计算量的110110，而且在气态产物中而且在气态产物中还含有二氧化碳。还含
10、有二氧化碳。“Uranit”“Uranit”是化合物而不是元素是化合物而不是元素UClUCl4 4 + 2H + 2H2 2O UOO UO2 2 +4 HCl +4 HClP佩利戈特采用的也是佩利戈特采用的也是钾还原法钾还原法, ,但他是还原但他是还原四氯化铀四氯化铀，而，而不象贝采里乌斯那样还原不象贝采里乌斯那样还原“乌拉尼特乌拉尼特(UO(UO2 2)”)”。P将四氯化铀同钾放一起，放在白金坩锅中加热。将四氯化铀同钾放一起，放在白金坩锅中加热。因为需要因为需要将反应物加热到白热状态，所以这是一个有危险的实验。将反应物加热到白热状态，所以这是一个有危险的实验。为了谨慎起见，为了谨慎起见，把
11、一只小白金坩锅放在一只大白金坩锅里把一只小白金坩锅放在一只大白金坩锅里，当小坩锅中的物质开始反应的时候，便立刻把火源熄灭，当小坩锅中的物质开始反应的时候，便立刻把火源熄灭，以免金属钾从白金坩锅中飞溅出来，发生事故。等到激烈以免金属钾从白金坩锅中飞溅出来，发生事故。等到激烈的反应变得和缓了，再的反应变得和缓了，再对白金坩锅加强热对白金坩锅加强热，以除去其中所，以除去其中所剩余的钾，并使已被还原出来的铀聚结。待到冷却后，用剩余的钾，并使已被还原出来的铀聚结。待到冷却后，用水将其中所含的氯化钾溶解而除去。结果，在留下的黑色水将其中所含的氯化钾溶解而除去。结果，在留下的黑色残渣中找到了残渣中找到了银白
12、色、真正的金属铀颗粒银白色、真正的金属铀颗粒。 铀元素的原子量之争铀元素的原子量之争 当时科学家测得铀元素的原子量为当时科学家测得铀元素的原子量为120120，如果此测量，如果此测量准确的话，应该排在第三族铝族元素之中。准确的话，应该排在第三族铝族元素之中。铀与铝的性质铀与铝的性质毫无共同之处！毫无共同之处！门捷列夫断定铀元素的原子量测量错误，门捷列夫断定铀元素的原子量测量错误，应该是应该是240240，将它安置在第六族钨的下面，成为当时周期，将它安置在第六族钨的下面，成为当时周期表的最后一个元素。表的最后一个元素。 但在铀元素出世后的四十多年里，它的但在铀元素出世后的四十多年里，它的“命运命
13、运”很不很不好，很多重要性能长久没有被人们所了解，只是作为着色好，很多重要性能长久没有被人们所了解，只是作为着色玻璃、瓷器和珐琅的黄色颜料。直到玻璃、瓷器和珐琅的黄色颜料。直到18901890年，贝克勒尔年，贝克勒尔发现了铀矿的放射性后，它才发现了铀矿的放射性后，它才“时来运转时来运转”。钍（钍（ThThoriumorium，原子序号，原子序号9090） 常见价态为四价的放射性金属元素；常见价态为四价的放射性金属元素； 钍在地壳中的含量约为铀的钍在地壳中的含量约为铀的2.72.7倍；倍； 以化合物的形式存在于矿物内，含钍的矿石以化合物的形式存在于矿物内，含钍的矿石有有独居石独居石(Ce,La,
14、Nd,ThPO(Ce,La,Nd,ThPO4 4) )、钍石钍石(ThSiO(ThSiO4 4) )、方钍石方钍石(ThO(ThO2 2) )等；等； 钍钍-234-234的半衰期是的半衰期是24.524.5天。天。 1815 1815年，贝采里乌斯曾分析瑞典法龙年，贝采里乌斯曾分析瑞典法龙(Fahlum)(Fahlum)地方地方出产的一种矿石，发现一种性质较为奇特的成分，他设出产的一种矿石，发现一种性质较为奇特的成分，他设想是一种新元素的氧化物，命名这一新金属为想是一种新元素的氧化物，命名这一新金属为Thorium Thorium ( (钍钍) )，以纪念古代北欧地方传说中的一位雷神，以纪念
15、古代北欧地方传说中的一位雷神Thor Thor 。 到到18281828年，年，贝采里乌斯贝采里乌斯分析了另一种矿石，来自于挪威南分析了另一种矿石，来自于挪威南部勒佛岛上的黑色花岗石部勒佛岛上的黑色花岗石( (埃斯马尔克埃斯马尔克EsmarkEsmark, J.), J.)，经慎重分，经慎重分析、多方对比，判断是一种新金属的氧化物，定名为析、多方对比，判断是一种新金属的氧化物，定名为Thorium Thorium ( (钍钍) ). . 但在但在1010年之后觉察出这种物质不是新发现，而是以年之后觉察出这种物质不是新发现，而是以磷酸钇为主并含其他稀土元素的一种混合物。于是他磷酸钇为主并含其他稀
16、土元素的一种混合物。于是他撤销这项发现。撤销这项发现。 钍发现后几十年中的主要应用：利用氧化钍（一经灼钍发现后几十年中的主要应用：利用氧化钍（一经灼烧发出强烈的白光）制作煤气灯罩。烧发出强烈的白光）制作煤气灯罩。 钍元素发现了，但它还隐藏在氧化物中，想提钍元素发现了，但它还隐藏在氧化物中，想提取纯钍并非易事。取纯钍并非易事。 贝采里乌斯曾把金属钾和氟化钍钾混合物放在硬质贝采里乌斯曾把金属钾和氟化钍钾混合物放在硬质玻璃管中强热，仅获得一些不纯的金属钍：玻璃管中强热，仅获得一些不纯的金属钍：K K2 2ThFThF6 6 + 4K 6KF + Th + 4K 6KF + Th 直到直到191419
17、14年，荷兰的勒利和汉布格用金属钠热还原年，荷兰的勒利和汉布格用金属钠热还原氯化钍，才制得了纯度为氯化钍，才制得了纯度为99%99%的金属钍块。的金属钍块。利用利用化学分析方法化学分析方法能能相当容易地发现它们相当容易地发现它们元素铀和钍在天然元素铀和钍在天然矿物中含量足够高矿物中含量足够高放射性转变产物放射性转变产物钋、氡、镭、锕、镤钋、氡、镭、锕、镤丰度很小丰度很小化学分析和光谱技术化学分析和光谱技术 放射性测量技术放射性测量技术 发现放射性新现象发现放射性新现象第三节第三节 放射性和元素钋、镭的发现放射性和元素钋、镭的发现 伦琴射线的发现伦琴射线的发现 18541854年，德国吹制玻璃工
18、人年，德国吹制玻璃工人盖斯勒盖斯勒发明真空泵，制得发明真空泵，制得真空玻璃管真空玻璃管，把金属电极封闭在玻璃管中，为真空放电研究提供了条件。把金属电极封闭在玻璃管中，为真空放电研究提供了条件。1860s1860s，欧洲物理学家们已经观察到，真空管中放电时，对着负极，欧洲物理学家们已经观察到，真空管中放电时，对着负极的管壁上会出现绿色的荧光。的管壁上会出现绿色的荧光。18761876年，德国物理学家戈德斯坦年，德国物理学家戈德斯坦(Goldstein)(Goldstein)认为：这种绿色荧光是由认为：这种绿色荧光是由于负极上所产生的某种射线射到玻璃上而引起的，称之为阴极射线。于负极上所产生的某种
19、射线射到玻璃上而引起的，称之为阴极射线。 1895 1895年，一位当时不大知名的德国年，一位当时不大知名的德国维尔茨堡大学物理教授维尔茨堡大学物理教授伦琴伦琴(Rontgen(Rontgen, W. , W. K. 1845-1923)K. 1845-1923)在研究阴极射线时又发现在研究阴极射线时又发现了另一种更加神秘的射线。了另一种更加神秘的射线。 1895 1895年年1111月月8 8日晚，伦琴在作进一步实验时，为了不使管日晚，伦琴在作进一步实验时，为了不使管内的可见光泄漏出管外，用黑色的硬纸板把放电管严严密密内的可见光泄漏出管外，用黑色的硬纸板把放电管严严密密地封好；当暗室里高压电
20、源接通时，意外发现地封好；当暗室里高压电源接通时，意外发现1 1以外的涂有以外的涂有亚铂氰化钡亚铂氰化钡BaPt(CN)BaPt(CN)4 4 的荧光屏发出了荧光；而一断开电源，的荧光屏发出了荧光；而一断开电源，荧光就即刻消失。他把荧光屏逐渐移远，发现移到荧光就即刻消失。他把荧光屏逐渐移远，发现移到2 2左右，左右，屏上仍有荧光出现。屏上仍有荧光出现。 这一现象使伦琴很惊讶，因为他明白阴极射线只这一现象使伦琴很惊讶，因为他明白阴极射线只能穿透几厘米空气，而绝不能使一、二米外的荧光屏能穿透几厘米空气，而绝不能使一、二米外的荧光屏发光，而且阴极射线是不能透过玻璃管的，那么发光，而且阴极射线是不能透
21、过玻璃管的，那么透过透过玻璃管使荧光屏发光的究竟是什么射线呢？玻璃管使荧光屏发光的究竟是什么射线呢？铜质钥匙放在密封照相底片上铜质钥匙放在密封照相底片上暗室中把手放在铂氰化钡纸屏前暗室中把手放在铂氰化钡纸屏前穿着衣服站在光屏和放电管之间穿着衣服站在光屏和放电管之间照射照射显影显影底片上显现清底片上显现清晰的钥匙影像晰的钥匙影像照射照射光屏上手指骨光屏上手指骨关节清晰可见关节清晰可见照射照射光屏上显现肋骨、光屏上显现肋骨、纽扣、怀表、银币纽扣、怀表、银币 在经过反复实验之后，伦琴确信发现了一种尚未为人所在经过反复实验之后，伦琴确信发现了一种尚未为人所知的新射线。由于当时新射线的本质还不太清楚，所
22、以他知的新射线。由于当时新射线的本质还不太清楚，所以他把这种新射线称为把这种新射线称为“X X射线射线”。 18951895年年1212月月2828日，伦琴向维尔茨堡物理学医学协会作日，伦琴向维尔茨堡物理学医学协会作了题为了题为一种新的射线一种新的射线初步报告初步报告的报告，宣布他发的报告，宣布他发现了现了X X射线，且阐述了这种射线具有直线传播、穿透力强、射线，且阐述了这种射线具有直线传播、穿透力强、不随磁场偏转等性质。不随磁场偏转等性质。 直到三十多年后，科直到三十多年后，科学学家家们们才弄才弄清清楚楚这种这种射射线线是由是由阴阴极极射射线线激激发发了物了物质质中原子的中原子的内层电内层电
23、子而子而发发射出射出来来的波的波长约长约在在2020- -0.060.06埃的短波埃的短波电电磁磁辐辐射射。X X射线的发现，是科学史上一次重大革命，它对物射线的发现，是科学史上一次重大革命，它对物理学及其它学科的进一步发展具有深远影响。理学及其它学科的进一步发展具有深远影响。 （1 1）开拓研究新领域）开拓研究新领域X射线的发现在科学界掀起一阵狂热，世界各国的实验室都在重复伦琴的工作，导致一系列的重大发现接踵而至。例如，对X射线的研究导致了导致了天然放射性现象天然放射性现象的发现的发现，又吸引了居里夫人、维拉德、卢瑟福等一大批有才能的研究者，他们的研究又引起了一系列新发现，新发现又激励人们不
24、断进行理论探索。在一大批科学家的不懈努力下，最终建立了一门新的学科原子核物理学。（2 2）从诊断和治疗两个方面促进医学发展）从诊断和治疗两个方面促进医学发展X射线是人类发现的第一种“穿透性射线”，它能穿透普通光线所不能穿透的许多材料，可用于拍摄人体不同部位的X照片，进行医学诊断分析。（3 3）在晶体结构确定和其它领域的应用）在晶体结构确定和其它领域的应用1912年，德国物理学家劳厄根据X射线波长是和晶体相邻原子间距同一数量级的想法，提出X射线通过晶体就会发生衍射现象，后被实验证实，从而确定了晶体空间点阵的正确性。英国布拉格父子沿着劳厄所开辟的道路继续前进，他们从X射线在岩盐晶面上的反射现象中总
25、结出著名的“布拉格公式”，而使用X射线研究晶体结构的工作向前推进了一大步。 放射性的发现放射性的发现 彭加勒彭加勒年法国著名数学家和物理学家彭加年法国著名数学家和物理学家彭加勒勒（H. Poincare 1854-1912H. Poincare 1854-1912）收到伦琴寄给收到伦琴寄给他的论文和照片，在他的论文和照片，在1 1月月2020日的法国科学院日的法国科学院会议上展示了这些资料。会议上展示了这些资料。 彭加勒注意到射线是从受阴极射线轰击而发出荧光的彭加勒注意到射线是从受阴极射线轰击而发出荧光的 玻璃管壁上产生的。玻璃管壁上产生的。据此推断：据此推断：荧光是荧光是X X射线的来源，射
26、线的来源， 所有能强烈地发荧光和磷光的物质都能发射出射线。所有能强烈地发荧光和磷光的物质都能发射出射线。 彭加勒的朋友沙尔彭加勒的朋友沙尔. .安里着手实验，检验这个想法。安里着手实验，检验这个想法。硫化锌硫化锌照相底片照相底片暗室暗室显影显影底片曾放过硫化锌的地底片曾放过硫化锌的地方出现了一块黑斑，说方出现了一块黑斑，说明这个地方感光了。明这个地方感光了。 1896 1896年年2 2月，安里在巴黎科学院学术会议上宣读实验月，安里在巴黎科学院学术会议上宣读实验报告。之后，大家错误地理解报告。之后，大家错误地理解X X射线来源于磷光，与克鲁射线来源于磷光，与克鲁克斯管没有直接联系。克斯管没有直
27、接联系。但他们的错误却引导了另一项重但他们的错误却引导了另一项重大的发现。大的发现。不可思议的不可思议的“铀射线铀射线”法国物理学家贝克勒尔由此受到启发法国物理学家贝克勒尔由此受到启发 ，立即开始，立即开始研究究竟有哪些荧光和磷光物质能发射射线。研究究竟有哪些荧光和磷光物质能发射射线。他把许多磷光和荧光物质一一放在密封照相底片他把许多磷光和荧光物质一一放在密封照相底片上置于阳光下曝晒，底片都没有强烈感光。上置于阳光下曝晒，底片都没有强烈感光。贝克勒尔（贝克勒尔（Antoine Henri Antoine Henri BecquerelBecquerel，1852-19081852-1908）
28、贝克勒尔想起十五年前和他父亲一起制备的磷光物质硫酸铀酰钾贝克勒尔想起十五年前和他父亲一起制备的磷光物质硫酸铀酰钾KK2 2UOUO2 2(SO(SO4 4) )2 22H2H2 2OO晶体，于是把一块此晶体放在日光下曝晒，直晶体，于是把一块此晶体放在日光下曝晒，直到它发出闪亮的荧光，把它和用黑纸包封的照相底片放在一起，发到它发出闪亮的荧光，把它和用黑纸包封的照相底片放在一起，发现底片感光了。他错误地认为这种晶体发射射线。现底片感光了。他错误地认为这种晶体发射射线。年月日，贝克勒尔向法国科学年月日，贝克勒尔向法国科学院报告了这一实验，认为射线与荧光有关。院报告了这一实验，认为射线与荧光有关。月日
29、，贝克勒把在抽屉里和铀盐放在一起的一张密封的底片拿去冲洗，显影后发现一件奇怪的事：这张底片已经感光，上面有很明显的铀盐的象，和刚经过日晒的铀盐产生的影象同样清晰。究竟日晒和荧光对于铀盐发出的这种神秘射线有没有关系呢？用纯试剂合成一些硫化物荧光物质，并设法加强它们的磷光，但它们日晒后都不能使底片感光。经过几个月的反复试验，贝克勒尔确信使底片感光的真实原因是铀和它的化合物不断地放射出一种奇异的射线，日晒与荧光都与照相底片感光无关，把这种射线称为“铀射线”。v 年居里夫人选择铀射线研究年居里夫人选择铀射线研究- 铀射线性质如何？其强度由哪些条件决定？铀射线性质如何？其强度由哪些条件决定？ 它是怎样在
30、铀的化合物里产生的？它是怎样在铀的化合物里产生的？ 铀化合物里的产生这种光线需要的能量是从哪里来？铀化合物里的产生这种光线需要的能量是从哪里来？是不是只有铀才能发射这样的射线？是不是只有铀才能发射这样的射线？Marie Curie (1867-1934)Marie Curie (1867-1934)Pierre Curie (1859-1906)Pierre Curie (1859-1906)v 要深入研究铀射线的本质，首先要有一台能精确要深入研究铀射线的本质，首先要有一台能精确测量铀射线强度的仪器。玛丽的丈夫、法国物理学测量铀射线强度的仪器。玛丽的丈夫、法国物理学教授居里设计了一个灵敏而简易
31、的铀射线检验器教授居里设计了一个灵敏而简易的铀射线检验器 。类似类似 温度计测量温度温度计测量温度 安培计测量电流安培计测量电流铀射线的强度与铀射线的强度与铀的浓度成正比铀的浓度成正比首先试验了所有的金属，发现金属钍和它的化合物也有放射首先试验了所有的金属，发现金属钍和它的化合物也有放射性；性；随后，对各种岩石和天然矿物进行了测量和检测。发现钙铀随后，对各种岩石和天然矿物进行了测量和检测。发现钙铀云母矿、辉铜矿、钒钾铀矿以及来源不同的三份沥青铀矿的云母矿、辉铜矿、钒钾铀矿以及来源不同的三份沥青铀矿的发射性强度比单质铀的强度高出许多，其放射性分别是铀的发射性强度比单质铀的强度高出许多，其放射性分
32、别是铀的2.22.2、3.23.2、3.73.7、3.83.8、4.04.0、4.64.6倍。倍。18981898年年4 4月月1212日第一篇论文日第一篇论文“所有具有活性的矿物都含有铀所有具有活性的矿物都含有铀或者钍，因此它们具有活性是不足为怪的。然而在某些情况或者钍，因此它们具有活性是不足为怪的。然而在某些情况下，活性却是出人意料的高。先前的经验表明，没有哪种矿下，活性却是出人意料的高。先前的经验表明，没有哪种矿物的活性大于单质铀和钍。物的活性大于单质铀和钍。”钙铀云母钙铀云母钒钾钒钾铀矿铀矿辉铜矿辉铜矿解释：矿石中必然存在一种解释：矿石中必然存在一种数量很少，但比铀、钍的放数量很少，但
33、比铀、钍的放射性强得多的新元素！射性强得多的新元素！ 放射性元素钋和镭放射性元素钋和镭 的发现的发现 钋钋是利用放射性测量技术发现的第一个是利用放射性测量技术发现的第一个天然性放射性元素。天然性放射性元素。18701870年，门捷列夫曾预言钋元素的性质：年，门捷列夫曾预言钋元素的性质： 具有金属性质，可以生成一种组成和性质类似于硫酸的酸；具有金属性质，可以生成一种组成和性质类似于硫酸的酸； 其氧化物形式为其氧化物形式为RO2RO2； 能生成有机金属化合物，却不能生成氢的化合物。能生成有机金属化合物，却不能生成氢的化合物。18891889年，门捷列夫对预言做了修改和增补：原子量为年，门捷列夫对预
34、言做了修改和增补：原子量为212212；氧化物形式为氧化物形式为RO3RO3；外观呈灰色，密度为；外观呈灰色，密度为9.89.8。 1894 1894年年4 4月，居里夫妇开始了在月，居里夫妇开始了在沥青铀矿沥青铀矿中探寻新元中探寻新元素。素。 他们把这种矿石溶解后，他们把这种矿石溶解后，用系统的化学分析程序把其用系统的化学分析程序把其中的各种元素按组一组一组逐步分开，每经过一步分离，中的各种元素按组一组一组逐步分开，每经过一步分离，就测定两部分的放射线，根据溶液和沉淀有无放射性或就测定两部分的放射线，根据溶液和沉淀有无放射性或放射性的大小来确定新元素在哪一部分中。放射性的大小来确定新元素在哪
35、一部分中。 经过几次淘汰搜索的范围逐步缩小，最后他们发现在经过几次淘汰搜索的范围逐步缩小，最后他们发现在沥青铀矿中有两种而不是一种新的放射性元素。沥青铀矿中有两种而不是一种新的放射性元素。约含约含80%U80%U3 3OO8 8，其他成分是，其他成分是铅、铜、铋、铁、铝、钙、钡铅、铜、铋、铁、铝、钙、钡年月，他们根据放射性证实了一种新放射性年月，他们根据放射性证实了一种新放射性元素的存在，当时还只得到了一点富集了这种新元素的元素的存在，当时还只得到了一点富集了这种新元素的硫化铋，但它的放射性远比金属铀的放射性大得多。硫化铋，但它的放射性远比金属铀的放射性大得多。居里夫妇联名向法国科学院提交第二
36、篇论文居里夫妇联名向法国科学院提交第二篇论文论沥青铀论沥青铀矿中新的放射性物质矿中新的放射性物质，宣布成功的得到了活性高于铀，宣布成功的得到了活性高于铀的新元素。的新元素。“放射性放射性”一词首次出现在公开发表的论文一词首次出现在公开发表的论文中。中。为了纪念她的祖国波兰为了纪念她的祖国波兰( (拉丁文拉丁文Polonia)Polonia)，将新元素命名，将新元素命名为为“PoPolonium”(lonium”(钋钋) )。 19121912年，钋才在周期表中确定位置。年，钋才在周期表中确定位置。 19461946年，纯钋金属被制备出来。年，纯钋金属被制备出来。 钋是世界上最稀有的元素之一。钋
37、是世界上最稀有的元素之一。 钋单质密度钋单质密度9.39.3克克/ /立方厘米，熔点立方厘米，熔点254254，沸点，沸点 962962；钋的化合物易于水解并还原；化合价有；钋的化合物易于水解并还原；化合价有+2+2和和+4+4价，也有价，也有+6+6价存在。价存在。 钋是世界上最毒的物质。钋是世界上最毒的物质。 钋钋210210毒性比氰化物高毒性比氰化物高10001000亿倍，算一算，亿倍，算一算，0.10.1克钋克钋可以杀死可以杀死10001000亿人。亿人。 发现钋元素之后，居里夫妇以孜孜不倦的精神，继续对强发现钋元素之后，居里夫妇以孜孜不倦的精神，继续对强放射性的另一部分进行研究。它是
38、放射性的另一部分进行研究。它是放射性比纯铀强放射性比纯铀强900900倍倍的的同钡盐伴生在一起同钡盐伴生在一起的化合物。的化合物。 居里夫妇对氯化钡分步结晶，终于在居里夫妇对氯化钡分步结晶，终于在18981898年年1212月月得到少量得到少量的不很纯净的白色粉未。这种自色粉未在黑暗中闪烁着白的不很纯净的白色粉未。这种自色粉未在黑暗中闪烁着白光，是放射性比铀大几千倍的难溶性物质。光，是放射性比铀大几千倍的难溶性物质。 他们请法国科学家他们请法国科学家德马尔塞德马尔塞对此物质进行对此物质进行光谱分析光谱分析，结果，结果发现了一条新谱线发现了一条新谱线。玛丽坚信这又是一种放射性更强的新。玛丽坚信这
39、又是一种放射性更强的新元素，把它命名为元素，把它命名为“RaRadium”(dium”(镭镭) )，拉丁语，拉丁语 “ “放射放射”。 1898 1898年年1212月月1616日，居里夫妇向法国科学院提交了第日，居里夫妇向法国科学院提交了第三篇论文三篇论文“关于沥青铀矿中含有一种新的放射性物质关于沥青铀矿中含有一种新的放射性物质”，向世人宣布发现了另一个放射性元素镭。向世人宣布发现了另一个放射性元素镭。 镭的放射活性是纯铀的镭的放射活性是纯铀的900900倍。化学性质与钋毫无倍。化学性质与钋毫无共同之处，而与钡的性质极为相似。共同之处，而与钡的性质极为相似。“测不出原子量，就无法表示镭的存在
40、；把镭只给我们测不出原子量，就无法表示镭的存在；把镭只给我们看，我们就相信你们。看，我们就相信你们。” ” 怀疑的声音怀疑的声音: : 居里夫妇决心，无论付出什么样的代价，都要提炼居里夫妇决心，无论付出什么样的代价，都要提炼出钋和镭的样品。出钋和镭的样品。 发现的镭并不是纯净的单质，而是作为杂质夹杂在氯发现的镭并不是纯净的单质，而是作为杂质夹杂在氯化钡的新元素。化钡的新元素。 如何分离和提取得到纯净的镭？如何分离和提取得到纯净的镭？ 估计从估计从沥青铀矿沥青铀矿中提取了铀以后钋和镭可能原封不动地存中提取了铀以后钋和镭可能原封不动地存留在留在废矿渣废矿渣中，因为钋和镭的化学性质与铀相差很远。承蒙
41、中，因为钋和镭的化学性质与铀相差很远。承蒙奥地利教授绪斯奥地利教授绪斯(Suess)(Suess)和维也纳科学院出面交涉，奥地利政和维也纳科学院出面交涉，奥地利政府赠予一顿矿渣给认为用得着的两个府赠予一顿矿渣给认为用得着的两个“神经失常神经失常”的人。的人。从从18991899年到年到19021902年底，居里夫妇在物理学校的破烂工棚里艰年底，居里夫妇在物理学校的破烂工棚里艰苦地工作了苦地工作了4545个月，一公斤一公斤地处理了两吨废矿渣。个月，一公斤一公斤地处理了两吨废矿渣。经过几百万次的溶解、沉淀和结晶等提炼工作，终于得到仅经过几百万次的溶解、沉淀和结晶等提炼工作，终于得到仅仅毫克的纯氯化
42、镭。仅毫克的纯氯化镭。它的放射性强大得令人吃惊，竟是铀盐的二百万倍！把它放它的放射性强大得令人吃惊，竟是铀盐的二百万倍！把它放在玻璃瓶里，玻璃瓶就放出紫色的荧光，它也能使金刚石、在玻璃瓶里，玻璃瓶就放出紫色的荧光，它也能使金刚石、红宝石、萤石、硫化锌、铂氰化钡等发出磷光。红宝石、萤石、硫化锌、铂氰化钡等发出磷光。他们对镭的原子量进行了初步测定，大约是，从而确他们对镭的原子量进行了初步测定，大约是，从而确定了它在周期表中处于定了它在周期表中处于族钡的下面。族钡的下面。镭镭 1902 1902年，居里夫人和同事德比纳尔合作，通过电解年，居里夫人和同事德比纳尔合作，通过电解 RaClRaCl2 2取
43、得了金属镭：一种发光的白色金属。取得了金属镭：一种发光的白色金属。 镭虽然不是人类第一个发现的放射性元素，但却是放射性镭虽然不是人类第一个发现的放射性元素，但却是放射性最强的元素。利用它的强大放射性，最强的元素。利用它的强大放射性，能进一步查明放射线能进一步查明放射线的许多新性质的许多新性质。以使许多元素得到进一步的实际应用。以使许多元素得到进一步的实际应用。 医学研究发现，镭射线对于各种不同的细胞和组织，作用医学研究发现，镭射线对于各种不同的细胞和组织，作用大不相同，那些繁殖快的细胞，一经镭的照射很快都被破大不相同，那些繁殖快的细胞，一经镭的照射很快都被破坏了。这个发现使镭成为治疗癌症的有力
44、手段。坏了。这个发现使镭成为治疗癌症的有力手段。镭的发现在科学界爆发了一次真正的革命！镭的发现在科学界爆发了一次真正的革命！ 同年（同年（19021902年），德国化学家克麦华德把一块光滑的金属年），德国化学家克麦华德把一块光滑的金属铋片浸在从沥青铀矿中分离出的含铋的溶液中，铋片上立铋片浸在从沥青铀矿中分离出的含铋的溶液中，铋片上立即产生一层金属沉淀物，经证明，它就是居里夫妇发现的即产生一层金属沉淀物，经证明，它就是居里夫妇发现的钋。钋。居里夫妇在这新领域的开创性研究所取得的重大成果，赢居里夫妇在这新领域的开创性研究所取得的重大成果，赢得了科学界的高度评价。得了科学界的高度评价。1903190
45、3年年1212月，居里夫妇和贝克勒月，居里夫妇和贝克勒尔一起分享了诺贝尔物理学奖。尔一起分享了诺贝尔物理学奖。 第四节第四节 元素氡的发现元素氡的发现 镭的放射性比铀要大镭的放射性比铀要大200200万倍，为更深入研究放射现象万倍，为更深入研究放射现象本质提供了有利条件。本质提供了有利条件。 居里夫人已经证明放射性是原子本身引起的，和已知居里夫人已经证明放射性是原子本身引起的，和已知的化学反应截然不同，不受外界的温度、压力的化学反应截然不同，不受外界的温度、压力的影响。的影响。 放射性射线究竟是什么？放射性射线究竟是什么？ 欧内斯特欧内斯特卢瑟福卢瑟福 (Ernest Rutherford(E
46、rnest Rutherford，1871-1871-1937 )1937 )，新西兰籍、最伟大的实验物理学家之一，新西兰籍、最伟大的实验物理学家之一，在放射性和原子结构等方面，都做出了重大的贡献，在放射性和原子结构等方面，都做出了重大的贡献，被称为近代原子核物理学之父。被称为近代原子核物理学之父。放射性射线通过磁场放射性射线通过磁场镭盐放镭盐放在铅槽在铅槽19021902年年19031903年卢瑟福实验：年卢瑟福实验： 磁场作用于镭发出的射线，射线分成三部分。磁场作用于镭发出的射线，射线分成三部分。1 1、 射线带两个正电荷，是一种粒子流，粒子射线带两个正电荷，是一种粒子流，粒子的质量是氢原
47、子的四倍，即等于氦的原子质量，的质量是氢原子的四倍，即等于氦的原子质量，穿透力比较弱，厚纸就可以挡住；穿透力比较弱，厚纸就可以挡住；2 2、 射线是电子流，能穿透玻璃；射线是电子流，能穿透玻璃；3 3、 射线和伦琴射线一样，像普通射线和伦琴射线一样，像普通的光线，具有强大的穿透力。的光线，具有强大的穿透力。 衰变放射性核素放射出衰变放射性核素放射出 粒子后变成另一种核素。粒子后变成另一种核素。 1899 1899年，英国物理学家欧文斯年，英国物理学家欧文斯(Owens R B) (Owens R B) 在研究钍在研究钍的放射性时发现的放射性时发现钍射气钍射气（即氡（即氡-220-220）。）。
48、 1900 1900年，德国人道恩年，德国人道恩(Dorn F E)(Dorn F E)在研究镭的放射性在研究镭的放射性时发现时发现镭射气镭射气（即氡（即氡-222-222）。）。 把钍放在密闭器皿中，其放射性强度稳定；如果放在敞开的把钍放在密闭器皿中，其放射性强度稳定；如果放在敞开的器皿中，表面掠过的空气会影响其放射性，于是设想有气体放器皿中，表面掠过的空气会影响其放射性，于是设想有气体放射性物质从钍中分解出来。射性物质从钍中分解出来。 镭不断发散着一种具有放射性气体进入到空气中。镭不断发散着一种具有放射性气体进入到空气中。 拉姆塞和牛津大学索迪拉姆塞和牛津大学索迪(Soddy, F. 18
49、77-1956)(Soddy, F. 1877-1956)合作合作研究镭射气。研究镭射气。溴化镭溶溴化镭溶于水，放于水，放出镭射气出镭射气和空气和空气光谱分析光谱分析除氧氮谱线外，还有一种未知谱线，除氧氮谱线外，还有一种未知谱线，应该属于镭射气的，新谱线的强度应该属于镭射气的，新谱线的强度随时间而不断减弱，与镭射气的放随时间而不断减弱，与镭射气的放射性逐渐消失现象一致；射性逐渐消失现象一致；随着镭射气谱线的减弱，管中又产随着镭射气谱线的减弱，管中又产生出另一种逐渐增强的谱线，居然生出另一种逐渐增强的谱线，居然是他已熟悉的氦谱线。是他已熟悉的氦谱线。研究钍射气，观察到同样的结果，推断出镭钍射气是
50、同一种物质，是一种研究钍射气，观察到同样的结果，推断出镭钍射气是同一种物质，是一种新元素。命名为新元素。命名为“R Radoadon n”(”(氡氡) )，源于镭射气，源于镭射气( (RadRadium emanatiium emanationon) )。 拉姆塞和伦敦大学年轻助教格累拉姆塞和伦敦大学年轻助教格累(Gray, R. W.)(Gray, R. W.)合作，进合作，进一步研究氡的物理性质：一步研究氡的物理性质： 常温下是气体，常温下是气体，-62-62时转变为液体，凝固点是时转变为液体，凝固点是-71-71 为了确定氡在周期表里的位置，必须测定它的原子量，为了确定氡在周期表里的位置
