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第11章 元素(11)

到1925年为止,已被确认的元素总共达88种,其中有81种是稳定的,7种是不稳定的。这样一来,努力找出尚未发现的4种元素(即第43、61、85、87号元素)就成为科学家们的迫切愿望了。

由于在所有已知元素中,从第84号到92号都是放射性元素,因此,可以很有把握地预测第85号和87号元素也应该是放射性元素。另一方面,由于第43号和第61号元素的上下左右都是稳定元素,所以似乎没有任何理由认为它们不是稳定元素。因此,它们应该可以在自然界中找到。

由于第43号元素在周期表中正好处在铼的上面,人们预料它和铼具有相似的化学特性,而且可以在同一种矿石中找到。事实上,发现铼的研究小组认为,他们肯定已测出了波长相当于第43号元素的X射线。因此,他们宣称第43号元素已被发现。但是他们的鉴定并没有得到别人的肯定。在科学上,任何一项发现至少也应该被另一位研究者所证实,否则就不能算是一项发现。

1926年,伊利诺斯大学的两个化学家宣称他们已在含有第60号和第62号元素的矿石中找到了第61号元素。同年,佛罗伦萨大学的两个意大利化学家也以为他们已经分离出第61号元素。但是这两组化学家的工作都没有得到别的化学家的证实。

几年以后,亚拉巴马工艺学院的一位物理学家报道说,他已用他亲自设计的一种新的分析方法找到了第87号和第85号元素,但是这两项发现也都没有得到证实。

后来才知道,第43、61、85和87号元素的所谓“发现”,只不过是这几位化学家在工作中犯了这样或那样的错误罢了。

在这4种元素当中,首先被确定出来的是第43号元素。曾经因发明回旋加速器而获得诺贝尔物理学奖的美国物理学家劳伦斯,通过用高速粒子轰击第42号元素钼的方法,在他的加速器中产生了第43号元素。被轰击过的材料变成了放射性的物质,劳伦斯便把这些放射性物质送到意大利化学家赛格雷那里进行分析,因为赛格雷对第43号元素的问题很感兴趣。

赛格雷和他的同事佩列尔把有放射性的那部分物质从钼中分离出来以后,发现它在化学特性上和铼很相似,但又不是铼。因此他们断言,它只能是第43号元素,并指出它和周期表中与之相邻的元素有所不同,是一种放射性元素。由于它不能作为第44号元素的衰变产物而不断产生出来,所以事实上它在地壳中已不复存在。赛格雷和佩列尔就这样终于取得了命名第43号元素的权利,他们把它定名为锝,这是世界上第一个人工合成的元素。

1939年,第87号元素终于在自然界中被发现了。法国化学家佩雷在铀的衰变产物中把它分离了出来。由于它的存在量极小,所以只有在技术上得到改进以后,人们才能在以前未能找到它的地方把它找出来。佩雷后来把这个新发现的元素命名为钫。

第85号元素和锝一样,是在回旋加速器中通过对第83号元素铋进行轰击而得到的。1940年,赛格雷、科森和麦肯齐在加利福尼亚大学分离出第85号元素。第二次世界大战中断了他们在这个元素方面所进行的工作,战后他们又重新进行,并在1947年提出把这个元素命名为砹。

与此同时,第四个也是最后一个尚未被发现的元素,第61号元素也在铀的裂变产物中发现了。橡树岭国立实验室的马林斯基、格伦丁宁和科里尔这三位化学家在1945年分离出第61号元素,他们把它命名为钷。

这样,元素一览表,从第1号至92号,终于全部齐全了。但是,从某种意义上说,向元素进军的最艰巨历程才刚刚开始,因为科学工作者已经突破了周期表的边界。原来,铀并不是周期表中最后一个元素。

寻找超铀元素

寻找“超铀元素”的工作,实际上早在1934年就已开始了。这一年,费米在意大利发现,当他用一种新发现的、被称为中子的亚原子粒子来轰击一种元素时,经常会使被轰击元素转变为原子序数比它大1的元素。

既然如此,是否能够使铀转变成第93号元素——一种在自然界中不存在的人造元素呢?费米的小组于是着手用中子来轰击铀,他们获得了一种产物,他们以为他们所获得的产物无疑是第93号元素,并称之为“铀X”。

1938年,费米由于他在中子轰击方面的研究而获得了诺贝尔物理学奖。他的这项发现的真正意义,或者说这项发现对人类将会产生的后果,人们当时甚至连想也没有想过。

在这里只要指出一点就够了:在人们循着一些虚假的迹象进行了一系列追寻以后,终于发现,费米所做的这个实验实际上并不是“制成”了一个新元素,而是把铀原子分裂成大致相等的两半。但当一些物理学家在1940年着手研究这个过程时,第93号元素却像是他们实验的一个偶然收获而突然出现了。

在用中子轰击铀时出现的好些元素当中,有一种起初无法证认的元素。这使美国加利福尼亚大学的麦克米伦开始认识到,裂变中释出的中子很可能已经像费米曾经希望发生的那样,使某些铀原子转变为原子序数更高的元素了,而且麦克米伦和物理化学家艾贝尔森能够证明,那个未被认证出来的元素实际上就是第93号元素。证实这个元素存在的证据是它在放射性方面所具有的特点,这是后来新发现的所有元素的一个共同点。

麦克米伦认为,很可能还有另外一种超铀元素和第93号元素混在一起。后来,美国化学家西博格同他的合作者沃尔和肯尼迪很快就证实了事情确实如此,并指出这个元素就是第94号元素。

第93号和第94号元素分别被命名为镎和钚。后来发现,它们在自然界中也存在,因为人们后来在铀矿石中发现了镎和钚。这样一来,铀这个元素就不再是最重的天然元素了。

后来,西博格以及加利福尼亚大学的一个研究小组继续得到了几种超铀元素。他们在1944年通过用亚原子粒子来轰击钚的方法,得到了第95号和第96号元素,并分别把它们命名为镅和锔,后者是为纪念居里夫妇而命名的。

在他们制出了足够数量的镅和锔以后,他们又对这些元素进行轰击,并先后在1949年和1950年成功地获得了第97号和第98号元素。他们把这两种元素分别命名为锫和锎。1951年,西博格和麦克米伦由于这一系列成就而共同获得了诺贝尔化学奖。

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