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化学奠基里程碑放射化学 · 新元素约 17 分钟阅读

居里 1898:沥青铀矿里比铀更活的部分怎样被写成钋与镭

Curie 1898: Polonium and Radium from Pitchblende Activity

钋镭居里沥青铀矿放射性

一八九八年,巴黎科学院的《会议报告》里接连印出三则短讯。四月十二日,玛丽亚·斯克沃多夫斯卡·居里把铀盐与钍盐使空气导电的电流写成一张比较表。压电石英静电计把贝克勒尔射线从底片上的轮廓改成可以并排的安培。约翰格奥尔根施塔特的沥青铀矿给出大约八十三乘十的负十二安培,含碳的金属铀大约二十四;天然铜铀云母大约五十二,按德勃雷方法用纯试剂做成的同种磷酸盐只有九。差额有方向。她据此主张:某些含铀矿物里还藏着比铀更活、当时账本上没有名字的东西。七月十八日,她与皮埃尔·居里把跟着铋走的那一份活性写成一种尚未被记录的金属,并提议叫做钋,取玛丽祖国波兰之名。十二月二十六日,两人与古斯塔夫·贝蒙把跟着钡走的第二份活性写成镭;欧仁·德玛尔赛在随后一页记下一条不属于已知元素的谱线,线随活性从六十倍铀升到九百倍铀而变亮。对象不是一八九六年贝克勒尔抽屉里那张底片,见 放射性的发现。对象也不是人物列传里的棚屋、编制与两次诺贝尔奖,见 玛丽·居里。对象是这三次公开主张:矿石比铀更活,是因为里面藏着可以按化学族追踪的未知物;追踪铋得到钋;追踪钡得到镭。

它不是 放射性的发现 那一页。那一页的硬物是铀盐在黑暗里仍能让底片发黑,以及“能量不像来自阳光”这一句。本页的硬物是电离电流相对铀的超额,以及超额跟着哪一个化学族走。它也不是 玛丽·居里。列传管课题由谁选定、奖怎样分、劳动落在谁身上。本页只收一八九八年实际宣读、印出的化学身份判决。更不是一份可以把沥青铀矿拆成钋盐、镭盐的操作说明。本页停在名字被写进《会议报告》的那一年。周期表怎样给新格子让路,见 门捷列夫周期律。氩那一次是密度差,见 瑞利与拉姆齐 1894。本页的差是活度。

破除误解:不是底片,不是传记,不是工业炼镭,也不是可以跟着做的分离

第一个误解,是把本页读成贝克勒尔一八九六年的缩写。底片证明铀会自己放出能穿透黑纸的射线。它没有比较沥青铀矿与金属铀的电离电流,也没有把未知活性派进铋族或钡族。格哈德·施密特与玛丽几乎同时指出钍同样能使空气导电,现象从此不是铀的私有奇癖。新格子仍要等超额被写成矿里还有别的东西,并且那份东西在化学分类里有地址。底片页可以引用本页。本页不代替底片页。

第二个误解,是把本页读成 玛丽·居里 的人物课,或读成“棚屋里搅拌数年才发现了钋与镭”。一八九八年的三则短讯里,钋与镭首先作为比铀更活、并按化学族可追踪的物质被主张。可称量的纯镭盐、夜间瓶中的荧光、奥地利科学院促成的吨级残渣,属于此后数年把收据换成化学家熟悉货币的劳动。列传写劳动与制度。本页写一八九八年已经印出的判决:不必先有锭,也可以先有名字。把名字推迟到称出原子量的那一天,会把十二月短讯里那句“我们提议叫做镭”删掉。

第三个误解,是把本页读成后来的工业炼镭、夜光表盘或医院里的镭源生产。十二月短讯感谢爱德华·苏斯促成约一百公斤已抽走铀的残渣,这是材料来源的脚注,不是按产地找矿的指南。本页不写矿石如何被工业拆开,也不把产额写成可以照做的流程。对象是历史证据,不是生产许可。

第四个误解,是把论文里出现过的酸、硫化物、醇或分级结晶,读成一份应当复述的分离规程。那些句子属于当时为让同行相信“做过、走过哪些化学族”而写下的实验文本。本页只保留当时公开主张了什么:有一份活性在分析性质上靠近铋,被命名为钋;有一份活性在分析性质上靠近钡,被命名为镭;镭那一份还有一条随活性变亮的新谱线。活性相对铀的倍数——七月短讯里的大约四百倍,十二月短讯里从六十倍到九百倍——是印在纸上的证据尺子,用来说明未知物极稀、却极活。尺子不是配方。不写如何让活性升高,也不写试剂顺序。

第五个误解,是把一八九八年读成已经称出了镭的原子量,或读成已经看见了核、质子与原子序数。十二月短讯写明:他们测定“活性钡”无水氯化物里的氯,得到的原子量与普通氯化钡几乎分不开,差额落在实验误差里。他们仍然主张新元素,理由是钡本身不放射,而活性与德玛尔赛的新线一起升高。权限在活度与谱线,不在一八九八年尚未挪动的原子量。一九〇二年三月,玛丽才用光谱上几乎除尽钡的氯化物,三次测定平均得到二百二十五,并声明精确到约一个单位。整数格号要等 莫塞莱 1913。把壳层倒填进静电计,会把一八九八年写成 原子结构 教具。当时的硬句是:矿比铀更活,活的部分可以按族被认出。

对象:电离电流、化学族,以及一八九八年实际印出的两种名字

装置的第一件硬物是可以把射线写成电流的电容器。四月短讯写明:平行板直径八厘米、间距三厘米,板间一百伏特;电流用静电计与压电石英量到安培的绝对值。样品铺成均匀薄层。铀的各种化合物都使空气导电,电流大致跟着样品里铀的量走,不跟着它处于哪一种盐走。这句话把放射性写成原子层面的性质,而不是分子结构或磷光手续的产物。钍的氧化物同样使空气导电。现象因此不再系于某一种铀盐。本页记录仪器把射线收成可比较的数,不把电容器写成可以照着装配的电路。

第二件硬物是矿物与纯盐之间的差额。四月表里,约翰格奥尔根施塔特沥青铀矿的电流大约是含碳铀的三倍有余;康沃尔的一份反而低于铀。天然铜铀云母大约五十二乘十的负十二安培,人工再现的同种磷酸盐只有九,并不比其他铀盐更活。对照的力量在于:若超额来自“铀处在某种特别活泼的化合态”,人工晶体应当重现超额。它没有。四月短讯因此主张:这些矿物里可能含有一种比铀活得多的元素。差额是证据,不是按产地采购的清单。

七月十八日的短讯把差额从矿物推进到化学族。他们分析的那份沥青铀矿,在平行板装置里大约比铀活两倍半。未知活性没有停在铀、钍所在的溶液分类里,而出现在分析性质靠近铋的那一份里。德玛尔赛看了光谱,除杂质的线以外没有认出新的特征线。短讯自己把这写成对“新金属”不利的事实,并补了一句:铀、钍、钽的光谱由无数极细的线组成,本来就难读。他们仍然主张:若存在得到确认,就提议叫做钋。权限因此写得很窄。钋在一八九八年首先作为“跟着铋走的超强活性”被命名,而不是作为一条已经看见的谱线,更不是作为一枚可以称的金属。大约四百倍于铀的活性是当时交出的强度尺子,说明这份东西极活,不说明应当如何把它取出来。

十二月二十六日出现第二种、化学上完全不同的活性。短讯把钋与这份新物质对举:前者在分析上靠近铋,后者给出几乎纯钡的化学面貌,也给出钡的光谱。钡及其化合物通常不放射。活性若是原子的性质,这份活性就不能记在钡的账上。他们得到的水合氯化物先是约六十倍于金属铀,后来在公开记录里达到约九百倍;材料不够,短讯预言若能继续,倍数还会升高。德玛尔赛的专讯印在下一页。六十倍时那条新线几乎看不见,九百倍时变得明显,强度与放射性一起升高。他们把这写成把谱线派给活性部分的认真理由,并提议叫做镭。同一则短讯还报告:这份“活性钡”的原子量与普通钡几乎相同。一八九八年的镭因此是一种化学上藏在钡里、光谱上刚露出一条线、称量上还没有自己质量的主张。照相底片上,钋与镭约半分钟就能留下铀、钍需要数小时的印迹。那是强度的旁证,不是本页要兑现的核能量课程。

它没有证明的东西,应当按一八九八年的沉默来列。它没有给出钋或镭的电子排布,也没有把射线写成 α、β、γ 的分类。卢瑟福稍后才把偏转与穿透写成几种成分。它没有证明一种元素会变成另一种元素。嬗变是二十世纪初卢瑟福与 索迪 根据钍 X 一类中间物写出的过程,不是七月短讯里的铋族活性。它没有称出钋的原子量;钋太稀,光谱在一八九八年也没有帮上忙。它没有把沥青铀矿写成可以工业开采镭的矿种说明书。一九〇二年的二百二十五,一九一〇年与安德烈·德比尔纳得到的金属镭,都是后到的章节。当时的硬句是:铀不能解释矿的活度;活度可以按族被找到;找到的两份被叫做钋与镭。

反事实:若把超额派给误差,若把钋的缺线当成否决,若必须先称出原子量才准命名

若四月把约翰格奥尔根施塔特那八十三读成粉末层厚度不均、湿度或静电计的零点漂移,谜题会停在计量学内部。化学家可以继续把沥青铀矿当成含铀较多的氧化物。人工铜铀云母否决了“铀处在特别活泼的化合态”:同一种磷酸盐,纯试剂做出来并不比其他铀盐更活。随机涨落也不会总让天然矿停在铀的同一侧之上。系统差才有方向。本页的判断仪器是电离电流相对铀的比,不是对矿石成分的先验清单。

若他们把德玛尔赛七月的缺线当成致命否决,钋会继续被记成铋的杂质,或记成尚未除尽的铀。短讯没有假装谱线已经到位。它把缺线写出来,仍用分析性质与大约四百倍的活性维持一个有条件的名字:若存在得到确认。条件句标明一八九八年的钋比十二月的镭更弱:镭有一条随倍数升高的线,钋当时没有。缺线并不自动等于没有新物质,只要活性在化学族里走得足够干净。

若必须先分离出可称量的金属、测出与钡分得开的原子量,才配宣布新元素,镭会继续溶解在钡的账本里。十二月短讯自己把原子量写在桌上:当时分不开。分不开没有阻止命名。命名靠的是钡不放射、活性升到九百倍、以及谱线与活性同向变化。一九〇二年的二百二十五,是把收据换成原子量货币。没有第一张收据,称量不会开始。本页停在收据被公开的那一年。

若把三则短讯读成已经画出核、已经完成人工嬗变,时间就会倒流。静电计量的是空气被电离后的电流。它不告诉你正电荷挤在中心,也不告诉你氮核里有氢核可以打出来。那些判决在另一套管上。本页只保留:化学家第一次用活度当分析试剂,在铋邻域与钡邻域各主张了一种新元素。试剂是射线使空气导电的程度。产品是两个名字。名字不是工艺。

跨域连接

  • 汤姆孙 1897:卡文迪许那一页把阴极射线在电场与磁场里的偏转写成荷质比,对象是管内可以偏转的微粒。本页的静电计量的是射线让板间空气变成导体之后的电流,对象是矿与盐的活度差。两套装置都把看不见的射线收成数字,数字回答的问题不同。荷质比把“阴极射线是一种带负电的粒子”钉死。活度比把“沥青铀矿里还有比铀更活的东西”钉死。不要把平行板读成阴极射线管,也不要把一八九八年的钋与镭读成已经量出的电子。微粒是管内的。未知元素当时还在矿的化学族里。
  • 卢瑟福 1919:一九一九年的屏回答的是:天然 α 穿过氮,会不会放出射程像氢核的闪光。那是核组成第一次被实验室改写。本页停在二十一年前:活度跟着铋走、跟着钡走,被写成两种新元素,并没有主张一种核变成另一种核。一八九八年的化学家用的是族的语言,不是碰撞的语言。把钋与镭读成“已经完成了嬗变”,会把七月与十二月的短讯删掉,换成后来的氮瓶。本页也不把 α 写成可以照着制备的入射体。
  • 科学哲学:一个理论可以把矿物比铀更活派给仪器、派给化合态、派给尚未写全的杂质,而不必立刻增加两种元素。四月用人工铜铀云母关掉化合态。七月在缺谱线的情况下仍给出有条件的钋。十二月在原子量与钡分不开的情况下仍给出镭,并把谱线强度与活度的同向变化写成可被否决的关联。波普尔式的冒险很具体:若九百倍样品里那条线不再升高,或升高的是已知杂质的线,镭就垮。当时它升高了。库恩式的压力也在:元素身份习惯上要靠可称的质量与一套湿法反应;活度作为一种比光谱更灵敏的试剂,等于改了“怎样才算看见一种元素”的规则。本页不把这次发现写成范式课的寓言。它只提供一份判决记录:辅助假设被逐条逼到墙角之后,两个名字才进场。
  • 矿物:沥青铀矿、铜铀云母在矿物学里是成分相对固定、晶格有序的物种,不是一份可以按活性去“炼元素”的暗矿目录。矿物页讲硬度、解理与造岩角色。本页只取历史现场:同一种矿物的天然样品与纯试剂再现,活度对不上;对不上的部分被读成未知元素,而不是把矿物分类改写成放射分类。沥青铀矿仍是铀的氧化物矿。铜铀云母仍是磷酸盐。不要把电流数写成找矿指标。矿物页回答矿物是什么。本页回答化学家怎样用活度差在矿物里先写出两个尚未称清的名字。

参考文献

  1. Curie, M. (Sklodowska). “Rayons émis par les composés de l’uranium et du thorium.” Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, 126, 1898, 1101–1103.
  2. Curie, P. & Curie, M. “Sur une substance nouvelle radio-active, contenue dans la pechblende.” Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, 127, 1898, 175–178.
  3. Curie, P., Curie, M. & Bémont, G. “Sur une nouvelle substance fortement radio-active, contenue dans la pechblende.” Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, 127, 1898, 1215–1217.
  4. Demarçay, E. “Sur le spectre d’une substance radio-active.” Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, 127, 1898, 1218.
  5. Curie, M. “Sur le poids atomique du radium.” Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, 135, 1902, 161–163.
  6. Curie, M. Recherches sur les substances radioactives. Thèse, Faculté des sciences de Paris, 1903.
  7. Becquerel, H. “Sur les radiations émises par phosphorescence.” Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, 122, 1896, 420–421.
  8. Schmidt, G. C. “Ueber die von den Thorverbindungen und einigen anderen Substanzen ausgehende Strahlung.” Annalen der Physik und Chemie, 65, 1898, 141–151.

延伸阅读