居里夫人的镭

居里夫人

1895年在科学史上是很重要的一年，在这一年的12月，德国物理学家伦琴发现x射线。第二年3月，法国物科学家贝克勒尔，又由于研究x射线，而发现了铀的放射性。正是这一年，玛丽以第一名的成绩通过了教师资格考试。1897年怀孕的玛丽·居里完成了论文《淬火钢的磁特性》。这个研究，告一段落之后，30岁的玛丽，面临着需要找一个合适的博士论文的研究课题。对于一个科学工作者来说，能否选择正确的研究课题是至关重要的。有人说方向选择对了，就成功了一半，这话很有道理。

19世纪末的那几年，在物理学家面前展现了一个光怪陆离、变幻莫测的神奇世界，同时也令全人类为之眼花缭乱。英国物理学家汤姆逊发现的电子，使原来认为原子是不可分的最基本的物质单位的传统科学信条发生了动摇。法国物理学家贝克勒尔发现的铀元素的质量在天然辐射中减少的现象，也动摇了物质质量不能自行改变的信条。经典物理学认为原子如果存在的话，就一定是最小而又不能再分割的粒子，而铀原子却能不断的放射出一种射线来，那么原子不是仍然可以分割的吗？更使人迷惑不解的是，铀盐可以不断的放出射线来，而射线又是带有能量的，那么这个能量是从哪儿来的呢？如果是这样，那么能量守恒定理岂不是也要发生动摇了吗？

30岁的玛丽·居里正在选择她的博士论文，为了寻找有吸引力的课题，她把近几年的科学期刊，差不多翻了个遍。在翻阅大量的文献过程，她对贝克勒关于由射线的论文产生了兴趣，由于射线神秘兮兮，谁也弄不清楚它的能量是从哪儿来。受对未知事物探究内心冲动的驱使，玛丽·居里觉得这个问题很有研究价值。她选择这个课题，还有一个原因，贝壳勒尔的发现，尽管引起了很大的轰动，但接下来的研究工作并没有取得普遍的重视，因此选择这个课题研究成功的可能性比较大。

1897年底，玛丽.居里在比埃尔·居里的帮助下，在理化学校找到了一间小房间，建立了她第一个独立的实验室，开始玛丽只是重复贝克勒尔做过的实验，在重复实验当中，她做了一个很关键的改动。为了更精确的观测铀射线的强度，她没有采用贝克勒尔使用的底片感光的方法，而是采用比埃尔·居里和他的哥哥雅克·居里共同发明的压电石英静电计，来精确测定铀射线的强度。贝克勒尔是根据底片感光程度，或者验电器金属箔下垂的快慢，来猜测铀射线的强度，这些方法根本无法做到定量的控制和测量。

贝克勒尔已经发现铀天然放射性的三种效应，能够使照相底片感光，可以使气体分离，对不同物质有不同的穿透力。他采用的测定方法无法做到定量的分析，使他忽略了后两种效应。玛丽·居里的高明之处，在于它的方法，利用了放射性的电离效应，可以通过补偿法精确测出铀射线的强度。

1882年当玛丽还只有15岁，她在一所公立高中念书的时候，23岁的比埃尔·居里已经被任命为巴黎市理化学校物理实验室的主任。比埃尔的哥哥雅克·居里也非常喜爱物理，他在1880年发现了晶体的压电效应，就是石英、电气石、酒石酸钾钠等不对称的晶体，在外力的作用下，因为极性而使两端表现出电势差的现象，这就是晶体的正压电效应。后来比埃尔加入到雅克的研究当中，继续进行这个实验，又确定了产生压电效应的条件和变化的规律。1881年发现了这一效应的逆反应，也就是逆压电效应，他们还根据压电效应制造出非常精密的静电计。这种静电计可以准确的测量非常微小的电量，被称为压电石英静电计。

在认识玛丽之前，比埃尔已经有了许多卓越的发现，比如用他的名字命名的居里精密天平，居里定律，居里温度等等，这些概念对磁学的研究，至今仍然非常重要。比埃尔和雅克发现了晶体的对称性和电压现象之后，又独立推广了对称原理，把它应用到许多物理现象当中，比埃尔也是第一个把群论的概念引进到物理学领域的人。

利用压电石英静电计，玛丽经过非常细致和耐心的测量，得出一个重要的结论：铀射线的强度与铀化合物当中铀含量成正比，与铀化合物的组成无关，也不受光照、加热和通电等因素的影响。这个结论进一步证实了贝克勒尔“铀射线的发射是一种原子的自发过程”。

1898年初，玛丽发现除了铀之外，钍也是一种放射性元素，正是这个发现，玛丽决定把研究的范围扩大到铀和钍以外的化合物，包括测试大量的自然矿石。她缜密的逻辑思维能力，使她产生了一个更大胆的设想，既然放射性是一种原子的特性，那么更强的放射性就意味着有新的元素存在。同样量的铀盐和含铀的沥青相比较，含铀的沥青放射性强度要比纯铀盐要强4倍多，这说明含铀盐的沥青中还含有其它新元素。

玛丽的研究工作，除了生孩子那几天外从来就没有间断过，既然她已经确信有了新的放射性元素存在，那她就一定要把这种新元素给找出来。玛丽生活的时代，人类总共发现了大约80种元素，每种元素的发现都使它的发现者在科学史上千古留名，如果她能够使元素的大家族再添上一种，这是多么有价值，多么吸引人的事情啊！

玛丽知道要先从矿石当中提炼出带放射性的微量元素，无异于大海捞针。他和比埃尔采用的方法是以放射性为基础，采用分步结晶的方法，从沥青铀矿当中分离出新的放射性物质，她先用静电计测定出沥青铀矿当中矿石成分具有的放射性强度，在以此为线索追踪放射性元素隐藏在什么成分当中。

结果，他们发现放射性很强的化合物，不是一种，而是两种，其中，一种是沥青铀矿当中含钡的化合物，另一种是含铋的化合物。放射性强度不同意味有不同元素，如果他们没有猜错的话，这两种新元素当中的一种，应该隐藏在含钡的化合物里，而另一种新元素应该隐藏在含铋的化合物里。他们进一步确认，在含铋的化合物里，放射性不是出自铋本身，而是混合在铋内部一种极微量的元素。直到1898年7月的一天，他们终于在铋的化合物里，找到了期待已久的新元素。玛丽建议把新元素起名为钋，以此来纪念她的祖国波兰。

1898年，当时人们对放射性的认识还很肤浅，不相信可以用放射性的方法，来寻找和确定新的元素，科学家们一味坚持必须要用元素的特征光谱，来确定是否是新元素。

在法兰西科学院，1898年12月《论文汇编》上刊登了一则报告，报告中有一段话:“我们有充分的理由可以得出以下结论，这种放射性的新物质里含有一种新元素，我们给他定名为镭。”提出了镭，并不等于已经看见了镭。为了把钋和镭展现在不相信的人们面前，为了向全世界证明他们确实存在，居里夫妇还要付出长期的、艰苦的、代价高昂的努力。

镭

藏有钋和镭的沥青铀矿是一种贵重的矿物，在奥地利，一个提取玻璃工业铀盐的矿场里就有这样的矿物。他们预料，沥青铀矿在提起铀之后，矿渣当中所含有的微量元素钋和镭也许还会原封未动。于是，在一个奥国同行的帮忙下，他们得到奥地利政府同意馈赠的一吨铀矿的残渣。

分离含铀的沥青矿碴

从1898年到1902年，这四年当中，居里夫妇就在简易的棚子里，点火熔化，过滤沉淀，倒出来再熔化，再过滤再沉淀……。后来居里夫人采用自己独创的分步结晶法，来完成最繁重的那部分工作，把每吨沥青残渣当中，提起10到20公斤的硫酸钡，再把硫酸钡变成氯化物，这些氯化物当中含镭量大约是万分之三，现在居里夫人可以从氯化物当中完成最后的结晶了。这四个寒暑，是居里夫妇英勇的岁月。镭似乎要与它最执著的发现者作对，不肯轻易露出它的面容。居里夫人被他极强的放射性所迷惑，以为在沥青铀矿的残渣镭里的含量可以达到百分之一，事实上并非如此，它的含量小的多，而且跟其他杂质密切的混合着，很难被离析。狡猾的镭把居里夫妇拖住了旷日持久的较量当中。

然而居里夫人是不会放弃的。比埃尔非常了解玛丽性格坚韧的程度。玛丽就是这样一种人，她想要做的事就要做到，她想离析镭就一定要把它离析出来。镭终于在顽强的对手面前屈服了！1902年，居里夫妇宣布镭可能存在之后的45个月，玛丽终于打赢了这场持久战，提炼出了一分克的纯镭，而且初步测定了镭原子量225.93。

在黑暗的棚屋里，镭宝贝就装在一只极小的玻璃容器里，它自动的发出蓝色的荧光。玛丽恍如进入梦幻般的世界，在那首次看到荧光闪耀的一晚，被永远铭刻在记忆中。

镭有它的特征光谱，有确定的原子量，而且有种奇异的特性，除了发光，镭的放射性强度是铀的几十万倍，一种新元素不容置疑的诞生了。他们付出巨大代价的新发现，奠定了一个新的学科，放射性学科。

自从门捷列夫发现元素周期律以后，科学界对于找到一种新元素，并用它来填补周期表上的空白，怀有极大的兴趣，并且把每一种新元素的发现，当作化学领域的一个重大进展。雷被称为革命家，是因为居里夫妇在提炼镭的过程当中创造了化学界离析提纯的一种新方法，放射性加上分步结晶法，这种方法对化学的发展具有重要的意义。居里夫妇不但最先发现了镭的辐射强度大大超过了铀，而且比埃尔还测出，一克原子镭每小时放出22.5千卡的热量。按数量级来计算这个热量，与一克氢气燃烧时产生的热量相等，这实际上是人类第一次测出的原子能。

这么显著的能量从哪里来！直到1905年，伟大的物理学家爱因斯坦提出，质量是物体当中含有能量的尺度，才得到问题的答案！

镭确实太不可思议了。

镭会自动产生一种特殊的气体，镭射线。这种活跃的射线即使在封闭的玻璃管里也会有规律的自我毁灭，很多温泉的水里就含有这种镭射线。

镭自动放热，它在一个小时内放出的热量也可以融化与它等量的冰，在不受冷气影响的情况下，它的热度可以使周围空气的温度升高10℃。

镭的神奇非常直观，它能够穿过黑色的纸在照相底片留下影子，也能使空气电离，使远处的验电器放电，能够使装它的玻璃容器成为紫色或淡紫色，能够把包裹它的纸或棉花一点点的腐蚀掉成粉末。

镭发出一种白天看不见的光，在黑暗里，一点点镭发出的光足以用来照明，它不但自己发光，还能使金刚石等不能发光的物体发出磷光，可以用来辨别金刚石的真假。

镭的放射是传染的，如果某种植物、动物和人靠近它，就会看到它传染的痕迹。

仅仅在几年前，人们还确定，物体是由永远不变的元素组成的。可是镭让所有的人都惊呆了，现在每一秒钟，镭粒子用极大的力量，把本身的氦气原子放射出去。玛丽把这种极小的惊人的爆发，叫做原子嬗变的激变。爆发后的残渣是镭射线的一种气体原子，这种气体原子又变成另外一种具有放射性的物质，这种物质又再次发生变化。这些放射性元素，作为这个家庭的一个成员，都是从她母体自动嬗变产生的。

镭是铀的子孙，钋是镭的子孙！

在永远的相同的周期内，每一种放射性元素会失掉它实体的一半，铀减去一半，需要几十万年，镭需要1600天，镭射气需要4天，镭射气的子孙只需要几秒钟。

1903年，诺贝尔奖颁发给一位弱不禁风的金发女郎居里夫人居里夫人，她是第一位获得该奖的女性，在男性占统治地位的物理学领域获奖，居里夫人令人肃然起敬！