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世纪交替三大发现振奋人心开新纪元核化学勇攀新高峰
汤姆逊与电子；伦琴与
X 一射线；居里夫人是“镭的母亲”。人造元素的梦想变成了现实。1945
年，美国成功地进行了核爆炸。有关核化学的知识，既让我们兴奋又让我们触目惊心。
却说自从伏特发明了能够提供电流的电堆以后，各国的科学家便对电进行了广泛的研究，由此导致了一门新的化学学科——核化学的诞生。
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世纪末，可作为动力的铜锌电池、铅蓄电池相继发明，电报和电话也制造成功。以后又出现了大型发电机和电动机的制造业、电车和电灯也开始使用。
尔后由于有了廉价的水力发电，各国又纷纷建立起以电力和电化学为基
础的冶金和化工企业，如电炉炼钢、汞电极电解食盐水、电解精炼铜等等。但是，尽管电已在生产中得到日益广泛的应用，但人们对于电的本质的认识，却不甚清楚。为了研究电的本质，就需要研究物质的微观结构，这样一来，就把人们认识物质的历史进程，又推向一个新的阶段。
且说 1879 年，英国著名物理学家和化学家克鲁克斯对放电现象的研究： 在低压气体放电管中，当压力降到 0.5
毫米汞柱时，在阴极附近会出现一段 不发光的暗区；如压力再降低，则暗区扩大；到 0.01
毫米汞柱压力以下时，则全管被暗区充满，不再发光，而正对阴极的玻璃壁却发出荧光。后经许多人研究证明，荧光是因阴极发出的一股射线激发引起的，这股射线是一种带电的粒子流，人们把它命名为“阴极射线”。
到了 1897
年，克鲁克斯的学生，英国剑桥大学物理学教授汤姆生设计了一项试验：他使阴极射线同时通过磁场和电场，从而测定了阴极射线中粒子的电荷量与质量之比。通过此试验证明，这个荷质之比是个常数，它同阴极材料无关。汤姆生后来采纳了另一位科学家斯托内的建议，把这种带负电的微粒子定名为“电子”。克鲁克斯和汤姆生的研究，使物理和化学界的科学家对阴极射线的研究一下子热情高涨起来。
1886
年，德国物理学家戈德施坦通过对阴极射线的研究，发现还能产生另一种射线，他把这种射线命名为“阳极射线”或“极隧射线”。他还证明了原子的可分性。
以后，热电子发射，光电效应等相继发现，都进一步证明了电子存在于一切原子中。于是原子不可再分的概念被这一系列实验事实所打破。从此，人们对物质的认识进入到原子微观结构的领域。
1895 年，一位当时还不大知名的德国物理学家、维茨堡大学教授伦琴，在研究阴极射线时，意外地发现了一种轰动全球的射线。
11 月 8
日晚间，在他的实验室中发生了一件偶然的事：放在克鲁克斯管附近的一盒封存完好的照相干板，全部莫明其妙地曝光了。他用黑色纸板把放电管严密套封起来，只留一条狭窄的缝。
当他检查是否漏光时，意外地发现一米外的荧光屏上有闪光。这种现象
显然无法用阴极射线的性质来解释，因为阴极射线只能穿透几厘米的空气。经过一段时间的反复实验，他确信这是一种具有强穿透力的新的神秘射线，它是由阴极射线打到玻璃管壁上所产生的。这种奇怪的射线，不仅能穿透厚纸板，而且能穿透一千页厚的书。木材、锡箔、以至手的筋肉都能穿透。
他命名此种射线叫 X 射线，直到他成功地摄取了 X—光照片，才对这种
现象确信无疑。有趣的是，在他摄制的照片里，竟有他夫人戴有结婚戒指的手骨照片。
后来科学界为了纪念他的这项重要发现就把 X 射线称作“伦琴射线”， 伦琴也因此获得了首届的诺贝尔物理学奖金。
发现 X—射线的第一篇论文一宣布，立即轰动了全世界。伦琴被招进宫 廷对皇帝做 X—射线的说明。
伦琴的论文三个月内被印出五次。关于 X—射线的各种论文，一时如雨后春笋，一年之内竟有千篇之多。其传播之迅速、反应之强烈，在科学史上
是空前的。
同时也出现了各种各样的争论，什么“I 射线”、“黑光”的新闻也不 断出现。光的狂热笼罩了欧洲各国的实验室。
有些物理学家认为它是一种物质粒子流，而另一些科学家则认为它与普 通光线相似。直到 1913
年，科学家劳厄、弗里德里希、克尼平发现这些射线 通过晶体时，产生衍射现象。他们假设，只有
X—射线波长很短，天然晶体才是理想的光栅。这样，他们就证明了伦琴射线是一种短波光线，这一发现奠定了 X—射线照相术的基础。
且说 1896 年初，法国数学家潘加列收到伦琴寄来的关于
X—射线的第一篇论文和有关照片。同年，在法国巴黎召开的科学院会议上，他宣读了伦琴的论文，并认为伦琴射线根本不需要克鲁克斯管，只要有足够强的荧光物质就可以了。潘加列的观点，引起了出席此次会议的法国著名物理学家亨利·贝克勒的注意。亨利·贝克勒家四代都是物理学家，其祖父就是前文提到的
A·C·贝 克勒。贝克勒决定要验证潘加列的实验是否正确。他最初的实验结果是否定的，磷光或荧光物质并不发射—X
射线。他决定用强荧光物质硫酸钾铀酰来 做实验。
他发现，这种物质在阳光照射后，能够使包在不透光黑纸里面的照相底片感光。但是过了几天，事情起了变化，当他再实验时，赶上了阴天，乌云遮住了太阳，他只得把铀盐和底片一起放进抽屉。又过了几日，他为了检查底片，冲洗了其中一张，意外地发现底片已经曝光，上面有铀盐包的像。
很明显，日晒和荧光都与底片感光无关。于是他推断，必是由于铀盐发出的一种神秘的，能穿透黑纸的射线。
此后几个月，贝克勒经过反复的试验，肯定了铀和它的化合物总在放射一种奇异的射线。他把这种射线命名为“铀射线”，并且确信它与铀盐的磷光完全是两回事。
将铀射线与 X
射线比较，两者有很多方面极为相似：都能穿透过黑纸使照相底片感光，都能使空气电离成为电导体，并且使验电器放电。
铀射线是自然产生的，好像不受外界环境的影响，也不需要光照，不需要加热，更无需阴极射线的激发。而且铀和铀盐在白天、黑夜，终年累月地持续发出这种射线，但却看不出铀和铀的化合物的性质有什么变化。
而 X 射线则当阴极射线一停止，便随之立即消失，它的穿透力比铀射线性强，能穿透肌肉或木板等。
电子、X
射线、铀射线的发现，揭开了物理学与化学发展史的新纪元。从此，原子不可分割的概念被摒弃，原子的大门被启开，探索原子内部结构的研究开始了。化学史家把这三大发现做为现代化学发展的标志。
却说贝克勒发现了铀的放射性及其特异的性质，引起了许多科学家的注意，尤其一些青年科学家。首先应该提到的是玛丽·居里和皮埃尔·居里。居里夫人原籍波兰，后入法国籍，是世界上著名的物理学家和化学家。她先后两次荣获诺贝尔奖，在女科学家中，她是独一无二的两次诺贝尔奖获得者。
1897
年末，刚刚生过孩子不久的居里夫人选择了以放射性为主题的博士论文，进行贝克勒的铀化合物以外的钍化合物也有放射性的研究。
最大的不同点是：居里夫人不满足于用底片感光测量放射性，而是用仪器定量地测定放射程度。她使用她丈夫皮埃尔·居里发明的验电计。
当用验电计测定等量的各种铀化合物的放射强度时，她首先证实了贝克勒所发现的铀的辐射强度同铀的数量成正比，而同其他的化学性质无关。
她又发现沥青铀矿的放射性比铀强近四倍。如果放射性是原子的作用，则这个矿物应该含有比铀放射性更强的元素。居里夫人把这个新放射性元素的预见，写给了巴黎科学院。三天之后，居里夫人在日记里记下了孩子长出第七颗牙齿，同时也记下了前一天，为寻找新元素而对
100g
沥青铀的化学分析。她既哺育孩子又搞科学研究，她的信心和毅力，使她的丈夫皮埃尔很受感动，放下自己的研究，一同投身于寻找新元素的研究中来。实验是在简陋的车棚里进行的。他们发现在沥青铀矿中，有两种新的放射性成分，经分离后，发现其中一个的放射性远比金属铀大得多。居里夫人把这种新元素命名为“钋”，这是她的祖国——波兰的拉丁文名称第一个字母。不久，居里夫妇又根据放射性，发现了另一个新的放射性元素，它已被富集在氯化钡结晶里。它的性质很像钡，即不被
H2S 或（NH4）2S 所沉淀，其硫酸盐也不溶于水和酸。这种混有新元素的 BaCl2·2H2O
晶体，比金属铀的放射性竟大九百倍，他们将这种晶体做光谱检验，该新元素在可见紫区中有一条波长为 3814.7
埃的明线。居里夫妇给该元素命名为“Radium”（镭），意思是“赋予放射性的物质”。居里夫妇经过了一段时间的艰苦鏖战，处理了 8
吨铀矿渣，终于得到了100mg
的氯化镭，它的放射性竟是铀盐的二百万倍。它能使金刚石、红宝石及贮放它的玻璃瓶发出磷光。它的放射性居然还有“传染性”，实验室里的各种仪器、衣服、灰尘、空气不久后都有了“活性”。
他们还对镭的原子量进行了初步测定，大约是 225，从而确定了它在周期表中，处于钡的下面。
1903
年，居里夫人顺利地通过了博士论文答辩，论文题目叫《放射性物质的研究》。她详细地叙述了放射线的各种性质，其中包括对磁场的关系。1906
年 4
月，皮埃尔·居里不幸因车祸逝世，居里夫人接替他担任巴黎大学的物理学教授职务，她是这所大学的第一位女教授。她领导了好几个研究室，各国许多年青科学家在她的指导下，在那里进修学习。
1937 年 7 月 4
日，居里夫人在长期患恶性贫血白血病后与世长辞。医生的证明是：“夺去居里夫人生命的真正罪人是镭。”她无愧于把自己的一生贡献给了科学事业。
镭被发现后，科学家们有了更深入研究放射现象本质的条件。他们已经证明，放射性是原子本身引起的，与已知的化学反应都截然不同，它不受外界温度、压力??等的影响。
出生于新西兰的加拿大青年科学家卢瑟福经过长期实验观察，开始研究放射线的实质了。
卢瑟福于 1895 年到英国作为汤姆逊的研究生，以后接替汤姆逊主持卡文迪什研究所的工作。
他把镭盐放在一个铅槽里，用强大的磁场作用于镭发出的射线。他发现镭和镭的化合物所发出的射线，有两种不同的类型，一种极易被吸收，他称之为α射线；另一种具有较强的穿透力，能穿过玻璃，他称之为β射线。
还有一种射线，不受磁场影响，有些像普通的光线，但波长比
X—射线还要短，穿透力大得惊人，能穿透过肌肉，甚至几寸厚的铅板和几尺厚的铁板，后来被称之为γ射线。为了解开α、β
γ射线之谜，卢瑟福花费了数年
时间，终于辨明：γ射线是一种粒子流带有两个正电荷，粒子的质量等于氢原子的四倍，即等于氦的原子量，运动速度大约每秒两万公里。β射线也是电子流，运动速度大约每秒十万公里。而γ射线的行进速度就接近于光速了。
再说 1903
年，科学家拉姆塞和索迪用光谱法研究镭射线。他们观察了光谱随时间的增加而发生的变化，过了几天，他们发现了氦谱线。他们假定，氦是镭射线产生的。过了一段时间，卢瑟福用α粒子射进一个由薄金属片做成的小室中，经过认真、仔细的实验，终于证实了他们的假定。这段时间里，在有关放射性的研究中，新奇事物不断出现。如索迫在一次实验中，溶解了钍矿石后，往溶液中加氨水，沉淀出氢氧化钍，将滤液蒸干，并将其中氨盐灼烧掉，却发现残渣的发射性很强，能产生α辐射。他暂时给它取名“ThX”（实际上是
224Ra）。关于放射性衰变所生成的产物越来越多，根据这些现象，卢瑟福提出了元素蜕变假说：
“放射性原子是不稳定的，它们自发地放出射线和能量。放射性的产生是由原子本身分裂或者叫蜕变成为另一种元素而引起的。这种变化与一般化学反应截然不同，它不是原子间或分子间的重新组合，而是原子自身的自发变化，放射出α、β或γ射线后，变成新的原子。”
元素蜕变假说，打破了自古希腊以来原子永恒不变的传统观念。在最初，卢瑟福是犹豫的，因为这太像早已被化学家否定的炼金术，但事实俱在不容怀疑了。
在这段时间，经过科学家们的辛勤努力，又从铀、钍、锕中分离出许多“新”的放射性元素来，并且发现一些重要规律。这些新元素一族从铀来，一族从钍来，一族从锕来。每一种放射性元素均发出α射线或β射线和γ射线，并变为另一种，最终变为稳定的元素铅。总之，放射性的发现，在化学领域中开辟了新的研究方向。
却说由于对放射性的研究，新元素不断被发现，这么多的新元素远远超过了周期表的容纳范围。于是化学家们对已发现的“新元素”进行对比研究，
发现有些放射性不同的“元素”，其化学性质却完全一样。
例如，科学家玻特伍德就发现钍（232Th）与其蜕变的射钍（RdTh，228Th） 在α衰变半衰期上显然不同，钍为
1.65×1010 年，射钍为 1.9 年，但把两者混在一起，用化学方法怎么辨别也分离不开。
类似的事实，积累得越来越多。到了 1910 年，著名的放射化学家索迪终于提出了同位素假说：
存在有原子量和放射性不同，但化学性质完全一样的化学元素变种，这些变种在周期表中应该处于同一个位置上，因而可命名为“同位素”。索迪因在同位素研究上贡献巨大，而荣获诺贝尔化学奖。同位素的发现，丰富了“化学元素”这一概念，同时也使它复杂化了。同位素的含义究竟是什么？为什么同位素的原子量不同，放射性不同，而化学性质却完全相同？科学家们确信，这类原子的深处发生着变化，放射性就是这种变化的表现。
汤姆逊在发现电子后，曾提出过一种原子模型：原子是带正电荷的粒子，电子均匀地分布其中，中和了正电荷，所以整个原子是电中性的。为此，他
精心设计出所谓的“西瓜模型”。1904 年左右，英国科学家布拉格发现α粒子有确定的射程，他得到一张α粒子飞行图片。他还观察到：
“不管每个α粒子遇到什么，它总是沿着直线路径前进，可以穿透所遇到的任何原子，不管这些原子构成气体还是固体。
即使把一块薄金属板放在α粒子流的路途上，也只能夺α粒子的一些能量，但α粒子流中的粒子数仍然不变。”布拉格初步揭示了原子的一些秘密，但这个结论并不确切。
其后，卢瑟福也进行了各种实验，进一步发现：当一束α粒子去轰击一
片金属箔时，大部分粒子可以穿透过，其飞行方向也不发生变化。由此他得出：原子并不是一种实球体，彼此间有一定间隔，且有很大的空隙。
根据各种研究结果，卢瑟福正式提出原子的核模型：原子由带正电的核，和周围围绕核运动的电子组成。原子核与电子层比较起来，是非常微小的。电子围绕核作圆周运行，就象行星绕太阳运转一样，因此在原子里是极为空旷的。
卢瑟福继续发展他的原子结构观点，并且得出结论：原子外面电子数目 大约等于元素原子量值的一半。
却说对原子结构的进一步研究与原子序数的发现密切相关。
1913 年，卢瑟福的学生、曼彻斯特大学物理学讲师莫斯莱，在研究 X— 射线时，他把自 Al 至 Au 各元素的 K 系 X
射线的波长λ（λ是光谱中特征谱 线波长），按由大至小的顺序排列起来，发现排列出的次序与它们在周期表
中的座位编号是一致的。他把这个次序称之为原子序数，以英文字母 Z
表示。原子序数的发现使周期律内容更为丰富，解决了周期表中按原子量排列氩与钾、碲与碘、镍与钴等位置颠倒的问题。同时，原子序数的发现使人们能够更精确地预测一些尚未发现的元素。如稀土元素有多少个？空缺了哪几个？铀以前共有多少个元素？等等。莫斯莱的重大发现和卓越见解，鼓励人们进一步去探索新元素，就像
50年前，门捷列夫发现元素周期表一样。且说原子序数的发现，导致了确定原子核的电荷数的研究。
说明原子的电子层结构的主要贡献是由丹麦物理学家玻尔提出的，起因是这样的：卢瑟福的核原子模型提出后，虽然得到科学界的承认，但却引起了一个严重的问题。以氢原子为例：氢原子是由一个质子和一个电子所组成的，由于正负相吸，如果电子不
动这个体系就不能存在；倘若电子绕着质子飞行，根据经典电动学，势必辐射能量。体系能量愈来愈小，就意味着电子愈飞离核愈近，最后堕入核上，氢原子也就没有了。这个结论和原子的长期稳定性相矛盾，因此多少让人感到怀疑。当时玻尔年仅
28
岁，正游学于英国，却敢于对老师卢瑟福的核模型大胆提出了修正。玻尔假定氢原子的中心是一个质子，在质子周围有一个电子沿圆形轨道运动，与地球绕太阳运动极其相似。
他又将质子对电子的吸引力，同电子沿圆周运动所产生的离心力联系起来，从而能用电子的轨道半径，来表示原子的能量。接着玻尔又推导出各原子中电子排布情况：电子围绕原子核不是沿着任意的轨道，而是按照一定的轨道旋转。这些轨道由主量子数（l，2，3??等等）决定，而主量子数又决定电子层数。每一层所容纳的电子数最大数目，等于主量子数平方的
2 倍，即 2×12，2×22，2×32??等等。 这样每一层上的电子数目，从最里层开始，分别等于周期表中每一周期中元素数目，即
2，8，8，18，32。同时最外层电子的最大数目为
8，其结果与后来发现的不相容原理完全一致。玻尔的原子核模型，给人们提供了一个形象思考的基础，他提出的原子结构，为今后化学的发展奠定了基础。玻尔的伟大功绩不可磨灭。随着原子核模型的建立，人们利用分子光谱又进一步发现了
13C、5N、17O、18O
等同位素。其他元素的同位素也都陆续通过不同方法发现了。最引人注目的则是氢有无同位素问题，为了寻找氢的同位素，科学家们花了十几年时间，最后通过两条途径证明了它的存在。其一，用重同位素蒸馏浓缩，如将液氢在
14K（三相点）下缓慢蒸发，最后对几立方毫米的残余物进行光谱分析，发现了重氢 2H，后来给它取名叫 氘，符号为 D。
其二，电解水使氘浓缩。电解氢氧化钠水溶液，使水的体积减小到原来
的十万分之一，获得了极纯的重水（氧化氘）。再说说人造元素的实现。随着化学的不断发展，科学家们开始认识到原子核及核内运动的复杂
性，并逐步掌握了它的某些规律。 卢瑟福最初提出原子核含有一定量的电子，但同时他又指出原子核是由
质子组成的，原子中的电子总数应当等于构成核的质子数目。后来事实证明，他这样的观点是错误的。
又过了几年，卢瑟福利用α粒子散射实验来研究各种元素的原子核。当
他轰击氮时，发现产生出一种新的、射程很长、质量更小的粒子。这种粒子的质量与氢原子相等，带一个正电荷，于是卢瑟福正式给它取名叫质子。这是历史第一个人工核反应的实现。
其后他又发现铝、磷、钠等也会发生类似的核反应。这些就证明了各种 原子核中普遍存在着质子。
1920 年，卢瑟福又提出核中存在中子的假说，但由于未能分解出中子，也未找到中子源，所以只是一种臆测。
这一问题最终由卢瑟福的学生、英国剑桥的核物理学家查德威克给解决了。
他通过云室试验，证实铍射线是由质量等于质子质量，但不带电荷的粒
子组成的，这种粒子叫做中子。之后，法国居里研究所的两位科学家，居里夫人的女婿和长女，也同样证实了中子的存在。 中子的发现引起了科学家们的重视，人们开始提出了这样的问题：中子在原子结构中起什么样的作用？苏联科学家提出，中子和质子一起存在于原子核中。其他科学家也发表了同样的见解，不久科学界普遍承认了它。
却说 1934
年，约里奥·居里夫妇用钋放射的α粒子轰击硼、铝和镁，观察到除产生了中子外，也发射正β射线。他们认为，在轰击铝原子时应发生下列核反应。以上核反应的实现，其意义巨大：这是第一次利用外部的影响，引起某种原子核产生放射性。它首次实现了人工放射性，而且还是第一次制造出了自然界中不存在的核素，所以又是人造元素的先声。难怪有人感叹；天然的放射性，只是天然的炼金术，而人工放射性则是人工的炼金术。
却说在古代，人们梦想着把廉价的金属转变为黄金，近代化学家也判定 这是不太可能的事，但到了现代，这种梦想终于变成了现实。
1941 年，美国加州理工学院的科学家安德逊等，在实验室中实现了汞向 黄金的转变。
汞有七个同位素，他们用中子轰击 196Hg，就使它转变成了放射性的197Hg，当 197Hg
蜕变时，会发生正β放射，于是便生成了一个稳定的金核。因为在天然汞中，196Hg 只占 l％。 后来又发现用中子轰击
198Hg，也同样可以得到金核：也很遗憾，198Au 是不稳定的，半衰期只有 27
天，所以这项转变只有科学价值，并没有经济意义。
科学家们真正感兴趣的倒不是人造黄金，而是想把地球上已经绝种的那 几种元素，在实验室中再造出来。这个理想很快就实现了。
1939
年，又是美国加州的科学家塞格瑞和佩里厄，以中子和氘去轰击钼时，得到了第一个用人工方法造出来的元素，被命名为锝。意思是“技术”，
即含有人造的意思。
之后，科学家们又用α粒子轰击铋时，得到了第 85 号元素，命名为砹，含有不稳定的意思。
到了1945 年，美国科学家从人工铀裂变的碎核中，用中子轰击钕时的产物中检验到所谓的第 61
号元素，命名为钷。在所获的钷同位素中，145Pm 的 半衰期最长，为 17.7 年。
科学家们成功地实现了某些元素的人工再造，但他们没有停止科学研究，又向核科学的高峰，为搜寻和人工制造超铀元素而奋斗了。首先研究“超铀元素”的，应该算是意大利的著名核物理学家、罗马大学教授费米。1934
年，费米的研究小组用一种刚在 1931 年由查德威克发现
的、被称为中子的中性粒子来轰击铀，中子毫不费力地就钻进了铀核，使它的原子量增加了 1，就得到了质量数为 239
的铀。他们认为所获得的元素是93 号元素，将它称之为“铀 X”。
后来证实，费米的实验，并不是制造了一种新元素，而是把铀核分成了两半。这一发现的重要性所产生的巨大后果，是人们以后才逐渐明白的。到了
1940 年，美国学者麦克米伦在研究费米的发现过程时，第 93 号
元素才被偶然发现：当他用中子轰击铀时，在产生的新元素中，有一种起初无法辨认的元素。麦克米伦就推想，铀裂变中释放出中子很可能使铀原子转变成为原子序数更高的元素。他根据它所具有的放射性特点，辨认出它就是
93 号元素，命名为镎，这是第一个人工合成的“超铀元素”。从此，超铀元素的全面研究开始了，人们利用中子去轰击不同元素的核。从 1940
到 1970 年的 30 年间，就合成了 12 个“超铀元素”。 科学家西伯格、沃尔和肯尼迪根据麦克米伦的实验推测，和 93
号元素混在一起的，很可能还有另一种元素。他们于 1940 年证实了这一点，这个元素 就是 94 号钚。
1944 年，西伯格和美国加利福尼亚大学的一个研究小组合成了 95 和 96
号元素，前者命名为镅；为纪念居里夫妇，后者命名为锔。1949 年和 1950 年，他们又先后获得了 97 号元素锫和 98
号元素锎。
1952 年 11 月，当第一颗氢弹在太平洋上空爆炸时，在爆炸碎片中检测 到了 99 和 100 号元素的存在，但是，直到
1955 年加利福尼亚大学汤姆逊等
人在实验中获得了少量的这两种元素后才真正确认。为了纪念爱因斯坦和费米，分别将它们命名为锿和镄。不久他们又获得了 101
号元素，为纪念门捷列夫而命名为钔。
1955 年到 1961 年进展较慢，仅发现了两个超铀元素—102 号锘（为纪念 诺贝尔）和 103
号铹（为纪念劳伦斯）。
1964 年至 1968 年，在莫斯科的附近的杜布纳核研究所，由著名科学家弗列洛夫领导的研究小组，经过艰苦的工作，得到了质量数为
260 的 104 号元素，把它命名为，以纪念前苏联核物理学家库恰托夫。
1969 年，美国加州大学的贝克莱核实验室，由科学家吉奥索领导的研究小组也合成了 104 号元素，科学家们则给 104
号元素命名为，以纪念卢瑟福。
1968 年至 1970 年，美国和苏联科学家都声称合成了 105
号元素，美国人将其命名为铪，以纪念美籍科学家哈恩，前苏联科学家则反对。两家为争
夺发现的优先权而争吵不休，因国际纯粹与应用化学联合会未能解决这一争执，最后名称尚未定下来。
科学家们还在穷追猛赶，企图合成更多的超铀元素。同时也未放松在自
然界中的探寻，因为已有迹象显示，铀并不是自然界中存在的最重元素。人们曾在铀矿中发现过微量的镎和钚。
却说科学家在攀登超铀元素这个阶梯时，每登上一级都比前一级更加困 难，因为原子序数越大，元素就越不稳定，收集也越困难。当达到 101
号钔这一级时，对它的确认只能靠 17 个原子来进行。因此，
即使发现了它们，要检测出来也需要十分高超的技术。 科学家们还通过计算机算出，在超铀元素的海洋中，有一个所谓的“稳定岛”，其中象 114
和 116
号元素应是相当稳定的，衰变一半所需的时间以亿万年计。因此，科学家们还在探索寻找它们的新途径。新的元素日益增多，现在得到公认的已有
107 种了，比门捷列夫发现周
期律时增多了将近一倍。周期律的形式更加完美了。
再说说原子量基准的改革。
原子量基准自 1803 年，道尔顿以 H＝1 为基准写下第一张原子量表，到 目前为止，大致经历了三次的改革，见下表：
基准建议人采用年代
H=1 道尔顿
180 3
O=100 贝采里乌斯
181 8
O=16 斯达
186 0 12
C1 =12 马托赫
196 1
原子量是各种元素的原子质量（严格讲是各种同位素按其天然丰度）之间的相对比值，并且是以某一特定元素作为这种比值的基准。
早在 1803 年，道尔顿就以 H＝l 为基准，列出了 6 种元素的原子量，以 后他又断断续续地修订扩充到 20
种元素。由于当时条件所限，各种化合物的 原子组成无法准确确定，所以他列出的原子量很多是错误的。如水分子的组 成，他误认为是
HO，因而氧原子量被确定为 7。之后，贝采里乌斯对元素的原子量进行了认真而较为准确的测定。他规定 O＝100
为基准，这是由于氧化物是测定原子量的最主要化合物的缘故。 他修订的原子量表中共列有 33 种元素，例如
Cl＝221.23，Ba＝865.88，如果用现在 O＝16 来换算，则得 Cl＝35.41（现在值为
35.457），Ba＝137.l（现在值为
137.36），已经是相当精确了。但当时他对原子价概念不清，所以对有些元素的原子量偏差较大。建议用Ｏ＝16
为标准的，是比利时化学家斯达。
他在 1857 至 1882
年间，对原子量进行了精密测定，有些元素的原子竟准确到第四位有效数字，几乎接近现代的测定值。例如Ｉ＝126.85（现值为126.91），Ag＝107.93（现值为
107.868）。
以 O＝16.0000
的原子量基准，在化学领域沿用了近一个世纪。但是当科学家深入到原子的微观结构，特别是发现了同位素，制成了可以“称量”单个原子的仪器—质谱仪以后，旧的原子量标准就不再适应新的科学发展了。1927
年，化学家阿斯顿正式提出 16O=16 做为核素原子量的基准。 他用质谱仪测定 1H 与 16O 的质量比，得到
1H/16O＝1.00778/16.0000。 到了 1929 年，美国化学家吉奥克和江斯登，在天然的氧中发现 O17 和
O18两种同位素，并且测得了在天然氧气中，其存在比
16O：17O：18O＝3150：l：5，天然氧气的平均原子量为：16.0035，它是 16.0000 的 1.00022
倍。所以便出现了化学的原子量单位与物理的原子量单位的不一致，化学单位比物理单位大，O 化学＝1.000275 O 物理
16，也就是说，各元素的化学原子量数值要比物理的原子量数值要略小一些。然而化学工作和物理工作是互相联系的，标准不同，必然会引起某种麻烦和混乱。因此科学家们在两种标准并用了一段时间后，越来越感到统一标准的必要。科学家们为统一标准，曾提出过不少方案：
前苏联科学家噶莫夫和美籍德国科学家贝提曾提出
4He＝4为统一标准，因用化学方法测定氦的原子量很不方便，因而无人采纳。还有科学家提出以 19F＝19
作为标准，由于在用质谱法测定原子量时，以 F 作为基准也很不方便，最终也被否定。
在 1959 年，国际化学协会（IUPAC）在慕尼黑开会，根据德国科学家马 托赫的建议，决定改用 C12＝12
作为基准，并提交国际物理协会（IUPAC）考虑。
国际物理协会于次年接受了这项倡仪。于是在 1961 年加拿大蒙特利尔召 开的国际化学会议上，决定正式采用 C12＝12
的原子量新基准（请看下页原子量新旧标准换算表）。
新基准采用后，对化学原子量来说，只需将旧值减去百万分之四十三， 对大多数元素来说，变动不大，实际上除了氧以外，只有 5
种元素（Ag、Cl、 Br、K、Ar）的原子量需要改动。
原子量新旧标准换算表
物理旧标准化学旧标准统一新标准 12
C
1 2.003816 ─ 12. 00000 基准 16
O
O 1 6.00000 （基准）
─
1 6 （基准）
15. 994915
15. 9994 Ag （例） ─
1 07.873
107 .865
舍弃了 O16＝16 的基准，而采用 C12＝12
的基准，其主要原因是由于测定原子量方法的改进而引起的。现在用质谱仪所测定原子量的值要比化学方法 准确得多。
现代质谱仪测定原子量时，大多使用双线法，用碳氢化合物作为双线中
的参考线，是很方便的。但是实际上，测定的元素原子量并非固定不变，因此国际化学协会每两年修订一次原子量表。
最后说说原子能化学与原子能工业。 从发现放射性到利用原子能，只经历了半个多世纪。原子能工业在其形
成后，推动了与它有关的其他科学的飞速发展，并由此形成了一些新的学科， 如放射化学、辐射化学、同位素的分离与生产等。
最早的放射化学工作方法，可以说是居里夫妇建立的。他们通过放射性的测量，发现了铀的放射性强度和铀的含量成正比，同时发现了钋、镭等新的放射性元素。以镭为例：
“镭”的拉丁文含有“光线”的意思，在镭的 7200000 个原子核里，每秒钟有一个核要爆炸，向四面八方投射出速度约为每秒
20000 公里的碎片来。这种碎片尽管很渺小，速度却快的惊人，大炮炮弹的速度也不过是它初速度的万分之一。在每克镭元素中，含有
267000 万万万万个原子，因而每克元素的“射击率”达到每秒 370
亿个！向四面八方射出的核碎片就象光线一般。科学家们在研究天然放射性元素的过程中，不仅发现了蜕变规律，还总结出了放射性物质的各种分离方法和规律。如
1934
年，科学家们根据生成的放射性核的反冲效应而引起的化学变化，建立了“热原子化学”这一新的学科。却说铀核裂变和链反应的发现也同放射化学的发展密切相关，尤其原子堆的建立，把放射化学推向一个新的发展阶段。大量核反应堆裂变产物的分离、处理和应用核燃料的回收等，都使放射化学的应用迈向更广泛的领域。却说要建立原子反应堆，就需要大量具有特殊核性能的同位素，如重水、B10
等，这就提出了同位素分离和生产的任务。以生产原子弹为例：
1939 年，第二次世界大战正处于白炽阶段，美国为了制造出原子弹，建立了三座 UF。气体扩散工厂生产
U235，扩散级数有几干级，耗电量达 180 万千瓦。
与此同时，纳粹德国也加紧建立原子反应堆，并积极研制核裂变武器。他们侵占挪威后，利用挪威的廉价水力发电，建造了大型重水厂，但工厂很快被同盟国联军炸毁。
美国科学家费米、威格纳等意识到，一旦希特勒政府领导下的科学家们利用核链式反应原理制造出原子弹，那对人类命运将是一种严重的威胁。
于是科学家们联合起草了一封信，递交给当时的美国总统罗斯福，请他注意。
美国科学家们也立即行动起来了。终于在 1942
年，在新墨西哥州山中，以科学家奥本海默为首的研究小组开始了执行制造原子弹的曼哈顿计划。他们在实验室中建成了第一座铀核反应堆。并成功地完成了第一次链式核反应。他们也曾采用水蒸馏法和氢一水同位素交换法，为生产钚的反应堆提供重水。
1945 年 7
月，他们成功地制造出了原子弹，并在新墨西哥州靠近阿拉莫戈的沙漠地区进行了核爆炸实验。随后，又将另外两颗原子弹在这年 8
月投在了日本的广岛和长崎。
随着科学的不断发展，科学家们研究出了很多分离与生产同位素的好方法，这些方法更加经济、简便，实用价值也更高。
却说辐射化学：X 线和放射线的发现就是辐射化学的开始——辐射使底片感光。
早在 1899 年，居里夫人在研究镭时，就发现在射线作用下空气中有臭氧生成，并注意到射线使玻璃和瓷器等赋色。
1900
年，德国科学家吉泽尔观察到，在放射性作用下碱金属卤化物也能赋色。以及镭化物的水溶液会产生爆鸣气，这是水的辐射分解。
1901
年，贝克勒在研究β和γ射线时，也发现了辐射：在β和γ射线作用下，碘化钾在水溶液中被氧化，白磷变为赤磷。他把射线效应和阳光进行了对比。
后来又有很多科学家对气体、有机物的辐射效应进行了研究，发现电离辐射能引起分解、氧化、还原、聚合等多种化学反应。近些年来，由于原子反应堆和高能粒子加速器的建立，提供了高能辐射源，使实验室中的辐射化学反应变为工业规模的生产。如应用高分子聚合和药物生产等。原子能工业发展前景极为广阔，它作为一门新的学科，必将推动工业向更高的层次发展。
欲知后事如何，请听下回分解。
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