居裡夫人怎麼發現鐳的?這裡的介紹比原來課本學的清楚多了!

2020-12-04 濉園主人

幾十年前,在上高中學習英語時,曾學過一篇文章《MADAME CURIE AND RADIUM》(居裡夫人和鐳),文章只是說,居裡夫人得知有人從鈾中發現了發現了放射線,居裡夫人後來把這种放射線叫作放射性,但不知道這种放射線從何而來,有什麼性質,於是開始了艱苦的研究,最後發現了鐳。

好像從鈾的放射線到鐳的發現,說的太簡單了,反覆語幾遍還是一頭霧水,直到看了《居裡夫人自傳》才終於疑問搞明白,現在簡單摘錄如下,再學習學習居裡夫人的研究精神。

「我為了準備博士論文,又回到了巴黎,進了巴黎大學的一所物理實驗室,開始進行實驗研究。」「我又見到了皮埃爾·居裡。由於科研的緣故,我與他的接觸日益增多,關係也漸漸地愈加密切。等到我們彼此都感覺到除了對方以外,我們兩人誰也不可能找到更合適的生活伴侶時,我們便決定結成秦晉之好,並於1895年7月舉行了婚禮。」

結婚之後,「我與丈夫情意相投,志趣愛好和共同的工作把我們緊密地聯繫在一起。……我丈夫在教學之餘,把時間幾乎全都用於在他教學的學校實驗室裡做實驗,我也獲準與他一起在實驗室工作。」1897年,他們愛情的結晶,女兒艾萊娜出生了。

居裡夫人決定要寫博士論文時,亨利·貝克萊爾正在從事稀有金屬鈾鹽的實驗。貝克萊爾v 發現鈾鹽能放射出一種與日光的射線,能穿透不透光的黑紙。這引起了居裡夫人的關注。

「皮埃爾和我都對這種新發現的射線感到極大興趣,並決心對它的性質加以研究。如果想研究這種新射線,首先得對它作精確的定量測量。於是我便利用驗電器放電的特性進行測量,不過我沒有像貝克萊爾那樣使用一般的驗電器,而是用了一種能作出定量測量的設備。」

「不久,我們便獲得了有趣的結果。……這種射線的放射實際上是鈾元素的原子特性之一,而與鈾鹽的物理和化學性質無關。任何鈾鹽,只要是所含鈾元素越多,它放射出的射線也就越強。」

「我於是又想進一步地弄清楚,是不是還有其他的元素也能像鈾鹽一樣放射出同樣的射線?很快我便發現,釷元素也具有同樣的特性。正當我準備對鈾和釷的放射性做進一步的研究的時候,我又發現了一個新的有意思的情況。」這就和課文不一樣了,居裡夫人研究的就是其它元素的放射性。

她用放射性方法檢驗礦石。她認為,「如果這些礦石能夠產生相同的射線的話,那就可以確定它們含有鈾或釷。如果這些礦石的放射強度與礦石所含的鈾或釷的成分成正比的話,那就沒什麼可以驚詫的了,但事實上卻大不一樣,有些礦石的放射性強度是鈾的三四倍。」

「我對這一現象進行了認真的分析,得出的只有一種解釋:在這種礦石中含有一種未知的元素,其放射性遠遠超過鈾和釷。皮埃爾對我的分析表示贊同,於是我便希望能夠儘快發現這一未知的元素。"從這裡就能看清楚了,他們當時就是要發現這一未知元素了。

「一開始,我並沒有指望這種礦石含有較多數量的新元素,因為它早就被人再三地研究分析過了。我最初的估計是,這種礦石的新元素的含量超不過百萬分之一。隨著研究的不斷深入,我們發現我的這種估計還是太高,真實的含量要大大地小於百萬分之一。這就更加說明這種新元素的放射性極強。

假若一開始我們就知道這種含量微乎其微的話,我真不知道自己是否還有決心有勇氣堅持下去,因為我們的設備很差,經費又不足。現在回想起來,幸虧不知道難度會這麼大,所以決心才很大,真正幹起來之後,儘管發現困難重重,但研究的成果卻在不斷地顯現,所以勁頭兒也就大增,不去想那些困難了。經過幾年勤奮刻苦的努力之後,我們終於把這種新元素分離出來了,它就是今天人人皆知的鐳。」

居裡夫人簡略地介紹了發現鐳的過程,「開始研究時,我們並不了解這種未知的元素的任何化學性質,只是知道它的放射性極強,於是我們就緊緊抓住這條唯一的線索不放,窮追不捨。」

「從聖約阿希姆斯塔爾運來鈾瀝青礦,對它進行分析研究。除利用常用的化學分析方法以外,我們還用皮埃爾發明的精密計電器,精確地測量不同部位的放射性。這種方法今天已成為一種新的化學分析法的基礎了。」

幾個星期發現那個未知的新元素的放射性在有規律地增強。又過了幾個月,他們「從鈾瀝青中分離出一種與鉍混合在一起的元素,其放射性大大超過鈾元素,這種新元素具有明確的化學性質。1898年7月,我們便宣布了這種新元素的存在,並命名它為釙,以懷念我的祖國波蘭。」

「在發現釙的同時,我們還發現從鈾瀝青礦裡分離出來的鋇鹽中含有另一種未知的元素。我們隨即又緊張地工作了幾個月,終於分離出來第二種新元素,我們後來才知道它比釙更為重要。1898年12月,我們宣布了這一發現,命名這種新元素為鐳。」

發現的這兩種新元素,他們只是利用放射性的特性從鉍鹽和鋇鹽中發現了含量微乎其微的新元素,「現在得把它們從純元素的形式分離出來。」於是開始了這兩種元素的分離提純。

然後就開始這項艱巨的工作了,「因為我們的設備條件太差,而且還需要大量的原礦來進行化學分析。我們既沒錢購買這些原礦,沒有實驗室來做分析實驗,也沒有助手相幫。我們得白手起家,從頭幹起。如果說我姐夫認為我在巴黎的早期學習時期是我一生中的英勇卓絕的時期的話,那麼我敢於毫不誇張地說,我與皮埃爾一起從事這項研究的時期則是我倆共同生活中的最最偉大、最最英勇的時期。」

幾經周折從奧地利聖約阿希姆斯塔爾煉鈾廠冶煉後的鈾瀝青礦運來了廢渣,「我們成功地用袋子裝著這些混有松針的褐色廢渣,把它們運到我們的實驗室的門前,那一時刻,我真的是高興得跳了起來。」

「後來,奧地利政府應維也納科學院的要求,又允許我們以極低的價格購買了好幾噸這種廢渣。我們從實驗室裡分離出來的鐳,全是利用這些廢渣。」

「物理和化學學校並未為我們提供合適的實驗場地,但幸運的是校長準許我們使用先前作為解剖教學用房的一間廢棄的木棚。木棚頂上有一個很大的玻璃天窗,只不過有多處裂痕,一下雨就會漏水。棚內夏天悶熱潮溼,冬天陰冷難忍。雖然可以生爐子取暖,但也只是火爐旁邊有這麼點熱氣而已。此外,我們還得自己掏錢購置一切必備的儀器裝置。木棚裡只有一張破舊的松木桌和幾個爐臺、氣燈。做化學實驗時,常會產生有毒氣體,刺鼻嗆人,我們不得不把這種實驗移到院子裡去做,就這樣,棚內仍舊有毒氣進來。我們就是在如此惡劣的條件之下,拼命地幹著。」和課文描寫的類似。

「儘管如此,我們卻覺得在這個極其簡陋的木棚中,度過了我們一生中最美好最快樂的時光。有時候,實驗不能中斷,我們便在木棚裡隨便做點什麼當作午餐,充充飢而已。有時候,我得用一根與我體重不相上下的大鐵棒去攪動沸騰著的瀝青鈾礦。傍晚時分,工作結束時,我已像是散了架似的,連話都懶得說了。」

「有時候,我們夜晚也跑到木棚裡去,這也是我們的一件高興的事。我們可以在玻璃瓶或玻璃管裡看到我們提煉、分離出來的寶貝在向四周散發淡淡的光彩,真是美麗動人,令我們既欣喜又激動,那閃爍著的奇光異彩,宛如神話中神燈的光芒。」

「直到我們處理完一噸的鈾瀝青礦渣之後,確定的結果才得出來:在含鐳最豐富的礦石中,一噸原礦石所含的鐳尚不足幾分克。」

1902年他們提煉出來一分克的極其純淨的氯化鐳,「就這樣,確定鐳為一種獨立元素的必要證據就完全掌握了。這一工作花費了我們四年的時間,說實在的,如果設備齊全、資金充足的話,也許一年足矣。我們孜孜不倦地求得的結果,奠定了放射性這門新的學科的基礎。」

疑問都搞清了,文章也太長了,但是真不願意多刪。向偉大的居裡夫婦致敬!

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