化学进展史：卢瑟福和93号元素的发现

卢瑟福和93号元素

20世纪初，化学进入了现代发展阶段。现代化学的第一页是放射现象和放射性元素的发现。1895年德国物理学家伦琴发现了X射线，X射线的发现在科学界掀起了一场研究射线的热潮。一年后，即1896年，法国物理学家贝克勒尔在探索X射线的起因时发现了铀元素的放射性，并从穿透比上认定这种射线与X射线相似，而且，它比X射线的穿透力还要强。后来人们就把铀的这种能发出射线的性质叫“放射性”，而把具有放射性的元素，比如铀元素，叫做放射性元素。放射性的发现引起了许多科学家的高度重视，这其中就产居里夫妇，他们为此付出了毕生的精力。居里夫人原为波兰人，后来去法国留学，在法国遇见了居里先生，二人结为夫妇。居里夫人在化学上的主要成就是发现了放射性元素镭和钋。她先后两次荣获诺贝尔奖，这在世界女科学家中是独一无二的。

体积微小的一块铀，可以释放出巨大的能量。

贝克勒尔、居里夫妇等科学家对放射性的研究，揭示了天然放射性物质自发衰变的规律，但这仅仅是开始。而真正首先完成原于核之间反应、开创核化学的人是卢瑟福。

卢瑟福是英国物理学家和化学家，1871年生于新西兰，1893年在新西兰坎特伯雷学院获数学和物理学硕士学位。1895年他获得奖学金到英国深造，成为剑桥大学卡文迪许实验室的第一位研究生。该实验室是当时世界上第一流的物理实验室，室主任正是大名鼎鼎的物理学权威J.J.汤姆生教授。贝克勒尔发现原子有放射性的消息很快传到了英国，汤姆生异常兴奋，他马上采取行动，指示卢瑟福搞清楚从放射性原子中跑出来的是什么东西。

卢瑟福接受任务后，立刻着手实验。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，他发现镭所发出的射线有两种不同的类型，一种极易吸收，他称之为α射线;另一种有较强的穿透力，能穿过玻璃，他称之为β射线。还有一种射线，不受磁场影响，有点像普通的光线，但穿透力大得惊人，能穿透肌肉，甚至铅板、铁板，这种射线被称之为γ射线。经过努力，卢瑟福等人终于搞清楚了从放射性元素的原子中放射出来的至少有三种射线，即:α射线、β射线和γ射线。α射线带正电;β射线带负电，是快速运动的电子;γ射线是中性的，不带电。

1911年，卢瑟福根据α粒子通过金箔的散射实验，发现了原子核。α粒子是带有两个单位正电荷、有一定质量的粒子。让它以很高的速度射出，只有在它的行进途中遇到了集中在很小体积中的具有较大质量的带正电荷的障碍物时，它才有发生偏转的可能性。卢瑟福认为这个带正电荷的障碍物就是原子核。只有那些逼近原子核的粒子才会发生散射，而那些非常逼近原子核的粒子才会被弹回。α粒子的散射实验说明原子本身并不是一个实心小球，大部分粒子能够穿过金箔而不发生散射，就足以证明原子内部有很大的空隙。因此在1911年，卢瑟福正式提出了原子的行星模型:在原子的中心，有一个带正电的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样……这一模型的提出对于认识原子结构有十分重要的意义，它在科学史上第一次打开了原子那道神秘的大门。(www.xing528.com)

就在人们对于原子核的复杂结构及其变化有了初步认识后，为了证实原子核质变的可能性，卢瑟福又作了大胆的尝试。1919年，他用α粒子轰击氮，发现了一种新的、质量很小的带正电的粒子。经过实验研究，证实了这种带正电的粒子就是氢原子核。他把这种带正电的粒子称为质子。这是人类历史上第一次实现的人工核反应。在这个反应中，原子的核发生了质的变化。反应前是氮，反应后是氧，一种元素变成了另外一种元素。这不正是古代炼金家梦寐以求的事情吗，今天由卢瑟福实现了他们多年的幻想。

卢瑟福首先完成了原子核之间的反应，使人们由原子的外部深入到原子的内部去研究化学反应的本质，这样就逐步建立起比传统化学更深一个层次的化学——核化学，也就是原子核质变的化学。因此，有人称核化学是20世纪的点石成金术。

在人工核反应实现之后，吸引了不少科学家的注意。1930年，有位德国物理学家用α射线打击铍原子核时，意外地产生一种穿透力极大的射线。后来人们发现它正是卢瑟福断言的中子。紧接着，居里夫人的女儿、女婿也用α射线打击铍、硼、铝，他们发现铝受α射线打击后放出中子，自己变成磷，磷又不稳定，逐渐地蜕变成稳定的硅。这种磷是用人工方法制造出来的放射性元素，这也是第一次发现用人工方法可以制造出放射性元素。人工放射现象的发现为放射性同位素的应用开辟了广阔的前景。

在20世纪30年代，核化学进入了发展时期。1932年加速器的产生，为核化学的研究提供了有力的工具，再加上又有了较强的中子源，这也为制造同位素和研究新的核反应创造了条件。在核化学的反应类型上，人们不仅认识了轻的原子核结合成重的原子核的聚变反应，同时又认识到重原子核分裂成轻原子核的裂变反应。核化学的进一步发展，逐渐打开了应用的渠道，在医疗、能源和军事上被广泛采用，如核武器、核电站等。

今天，核化学的各种分支也已经发展的比较完善;如:同位素化学、放射化学、辐射化学、超铀元素化学等。

卢瑟福因在核化学方面的开创性工作，荣获了1908年的诺贝尔化学奖。他对人类所作出的杰出贡献赢得了世人的尊敬和爱戴，每年都会有很多人来到他的墓前向他致敬。