是誰發現並製作了世界上第一張元素周期表,這其中又有哪些曲折艱難的歷程?這些與化學有關的歷史,作為學生的你如果還不知道,那麼就在甘肅科技館的「『雲』享化學」元素集結號線上科普主題活動中一探究竟。
他製作了世界上第一張元素周期表
主講人:甘肅科技館輔導員 史敏
如果你也曾在化學課上背不出元素周期表而罰站,那麼你真應該好好認識認識這個人——德米特裡·伊萬諾維奇·門捷列夫,俄國科學家,因為就是這個男人支配了你的化學課恐懼,是他發現並製作了世界上第一張元素周期表。
攀登科學高峰的路,是一條艱苦而又曲折的路。門捷列夫在這條路上,也是吃盡了苦頭。當他擔任化學副教授以後,負責講授無機化學課。其間,他著手寫一本普通化學教科書《化學原理》。在寫書過程中他遇到了一個難題,就是目前已發現的元素之間毫無聯繫。這些化學物質的性質非常多、非常混亂,沒有一點系統性可言,幾個月可能都學不完。如此一來,學生對化學的認知和興趣一定會下降,不利於學生的學習。所以從這之後,門捷列夫就一直試圖去尋找這些元素間的規律和統一性,然而苦思良久卻仍然得不到一個答案。
但門捷列夫並沒有放棄,為了徹底解決這個問題,他走出了實驗室,外出考察和整理收集資料。1859年,他去德國海德堡進行科學深造,兩年裡集中精力研究了物理化學,使他探索元素間內在聯繫的基礎更紮實了;1862年,他重測了一些元素的原子量,使他對元素特性有了深刻的了解……這些實踐活動對他發現元素周期性奠定了基礎,門捷列夫又返回實驗室繼續研究。終於功夫不負有心人。1869年2月19日,門捷列夫發現了元素周期性,它的周期律說明簡單物質的性質以及元素化合物的形式和性質,都和元素原子量的大小有周期性的依賴關係。根據元素的周期律,門捷列夫最終編製成元素周期表。在他的周期表中還留有很多空格,這些空格應由尚未發現的元素來填滿。門捷列夫還預言了兩種未知元素的性質——類鋁和類矽。可惜的是,門捷列夫的這些預言在當時被許多科學家當作無稽之談,直至1875年,一位法國化學家用科學的方法發現了「鎵」這種元素。而這種新元素的性質非常像門捷列夫5年前預言過的類鋁。「鎵」的發現具有重大的意義,它充分說明了元素周期性是自然界的一條客觀規律。
由於他幾乎把全部心力都投入到了科學研究之中,長年累月不分白天黑夜地研究化學問題,年過七旬後,門捷列夫積勞成疾、雙目半盲。於1907年2月2日,因心肌梗塞與世長辭。
元素周期表的出現是近代化學史上的一個創舉,對於促進化學的發展起到了重要的作用。當然由於時代的局限性,門捷列夫的元素周期性並不是完整無缺的。1894年惰性氣體的發現,對周期律是一次考驗和補充。如今它已經成為每一位學者的必修課。最後,問一句,你們還有誰仍然會背誦元素周期表呢?
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金屬,有液態的嗎?
主講人:甘肅科技館輔導員 溫佳瑛
金屬,有液態的嗎?哪種金屬能在常溫下呈現液態?
答案來了——常溫下呈液態的金屬單質只有汞。
現在就讓我們來看看液態金屬有哪些強大的本領。液態金屬所開啟的第四代熱管理技術,打破了制約超大功率集成晶片及高熱流密度光電器件性能進一步提升的「熱障」,為各類極端散熱難題的解決提供了前所未有的高效手段。此外,在熱能捕獲、能量儲存、智能電網、低成本制氫、聚焦光伏發電、高性能電池等方面,它突破了現有技術的瓶頸,大幅度提升了能量轉換和利用效率,在電子信息技術與先進位造等方面有著重要的應用。
同時,液態金屬具有高導電性能,像普通墨水一樣流動和即時列印的神奇液體,是理想的印刷電子及3D列印材料。在醫療衛生及健康技術等方面有著重要的應用,液態金屬已在神經連接與修復、可注射型金屬骨骼、植入式醫療電子在體3D列印以及高分辨血管造影術、腫瘤血管阻塞治療等方面,為一系列世界性醫學難題的解決帶來了新曙光。
當前,世界科技正處於革命性變革的前夜,以物質、能量、生物和信息為特徵的液態金屬正成為不斷催生突破性發現和技術變革的重要工具。如果一滴液態金屬可以覓食並代謝,獲得能量供自身運動,會與同伴嬉戲打鬧,並時而膽小、時而好奇、時而乖巧、時而淘氣,那麼它,是否具有生命?液態金屬這一流動自如導電性強的神奇材料,在突破人類想像力邊界的同時,也打開了電子科技新世界的大門。
能用來治療癌症的鐳是怎樣發現的?
主講人:甘肅科技館輔導員 牟迪
鐳是一種世界上放射性最強的金屬元素,鐳放出的射線能破壞、殺死細胞和細菌,常常被用來治療惡性腫瘤。
如今,人們依然沒有治癒癌症的特效藥,放療依然是最主要的治療手段,這也可以想像,在普通大眾的心目中,能夠治療癌症的鐳,有著何等突出的地位,雖然後來隨著電解質法的誕生,鐳元素的產量得以大幅度提高,但依然是無比稀缺。
那麼鐳又是如何被發現的呢?它的發現者又是誰?
鐳的發現者是居裡夫人,一位法國物理學家、化學家。她一生的偉大貢獻在於和丈夫居裡一起,在極其簡陋、艱苦的條件下煉出了放射性物質——鐳和釙。
居裡夫人和丈夫在大學工作期間,經常在一起進行以瀝青鈾礦石為主的放射性物質的研究,因為這種礦石的總放射性比其所含有的鈾的放射性還要強。經過仔細的研究後發現,這些瀝青礦物中含有一種比鈾和釷放射性強得多的新元素。居裡夫人斷定這是一種人類還不知道的新元素。在潮溼的工作室裡,經過居裡夫婦的合力攻關,1898年7月,他們宣布發現了這種新元素,它比純鈾放射性要強400倍。為了紀念居裡夫人的祖國——波蘭,新元素被命名為釙(波蘭的意思)。「釙」找到了,居裡夫婦卻沒有止步,在提煉「釙」的過程中,他們發現分離出的鋇化合物具有更為強烈的放射性,他們把這種元素稱為鐳。在拉丁文中,鐳就是放射的意思。
為了證實鐳的存在,居裡夫婦開始了更加艱苦的奮鬥,他們要提煉出鐳。沒有實驗工廠,他們向朋友借了一間破木棚作工廠;沒有資金購買貴重的瀝青鈾礦,他們買來了廉價的廢礦渣。無論嚴寒還是酷暑,居裡夫婦沒日沒夜地幹著,幾萬次的提煉,4年的奮鬥,終於在1902年,他們夢寐以求的0.1克鐳鹽被分離出來了,並測出了它的原子量為226。居裡夫婦證實了鐳元素的存在,使得全世界都開始關注放射性現象。
1903年,居裡夫人以放射性物質的研究為題,完成了博士論文,並獲得巴黎大學的物理學博士學位。同年,居裡夫婦和貝克勒爾共同榮獲諾貝爾物理學獎,他們研究工作的最傑出應用之一就是應用放射性物質來治療癌症。
掌上蘭州·蘭州晨報首席記者 夏苗