书城科普读物科学伴你行-科学发现
43618400000024

第24章 继续追寻(1)

就在发现93号元素镎的时候,麦克米伦便认为,可能还有一种新的超铀元素与镎混在一起。

不出所料,过了没多久,美国化学家西博格、沃尔和肯尼迪又在铀矿石中,发现了94号元素。他们把这一新元素命名为“钚”,希腊文的原意是“冥王星”。这是因为镎的希腊文原意是“海王星”,而冥王星是在海王星的外面,是太阳系中离太阳最远的一个行星。

最初,西博格等人只获得了极微量的钚,总重量还不到一根头发重量的千分之一。这样稀少的元素,在当时根本没有引起人们的注意,人们只是把它看作一种新元素而已,谁也没有去研究它到底有什么用处。

但在后来,当人们发现了原子弹之后,钚就一下子青云直上,成了原子舞台上非常难得的“明星”!

原来,原子弹中的主角是铀。在大自然中,铀有两种不同的同位素,一种叫“铀235”,一种叫“铀238”。在铀235的原子核中,含有92个质子、143个中子,加起来便是235个,所以叫“铀235”;在铀238的原子核中,含有92个质子、146个中子,加起来是238个,所以叫“铀238”。铀238跟铀235不同,是因为它的原子核中多了3个中子。

铀235与铀238的性质不一样:铀235非常活跃,铀238却要差多了。

当铀235受到中子攻击时,即会迅速发生链式的反应,在一刹那间释放出大量原子能,形成剧烈的爆炸。在原子弹里,就装着铀235。但是,铀238在受到中子攻击时,却不动声色地把中子“吞”了进去,并不会发生爆炸。

在天然的铀矿中,绝大多数都有铀238,而铀235仅占千分之七(重量比)。人们总是千方百计地从铀矿中提取那少量的铀235,用它来制造原子弹,而大量的铀238却被废弃了。

铀238难道真的不能利用起来吗?

人们经过仔细的研究后,结果发现,铀238可以作为制造钚的原料,而钚的性质跟铀235差不多,也是个活跃分子,也可以用来制造原子弹!

本来,在天然铀矿中,只含有一百亿分之一的钚。如今,人们用铀238来作原料,大量的制造钚。于是,钚的产量迅速增加,从只有一根头发的千分之一那么少猛增到数以吨计。不久,人们不仅制造了以钚为原料的原子弹,并且还用它制成了原子能反应堆,用来发电。

这样一来,钚一下子便成了原子能工业的重要原料。

钚是一种银灰色的金属,很重。在空气中也很易氧化,在表面形成一层黄色的氧化膜。

钚的发现及广泛应用,使人们对元素的认识,进入了一个新的阶段:

原来,世界上还有许多很重要的未被发现的新元素哩!

钚的寿命也是长达24360年。

人们继续努力,要寻找94号以后的“超钚元素”。

在1994年底,钚的发现者——美国化学家西博格和加利福尼亚大学教授乔索合作,用质子轰击钚原子核,最先是制得了96号元素,紧接着又制得了95号元素。

他们将95号元素和96号元素分别命名为“镅”和“锔”(过曾译成“锯”,因与锯子的“居”字相同,容易误会,改译为“锔”),用以纪念发现地点美洲(“镅”的原意即“美洲”。镅在元素周期表上的位置正好在63号元素铕之下,铕的希腊文原意为“欧洲”,所以就用“美洲”命名镅。)和居里夫妇(“锔”的原意即“居里”)。

镅和锔都是呈银白色的金属。镅很柔软,可以将之拉成细丝,也可以压成薄片。镅有10种同位素,绝大部分都是“短命”的,很快裂变成其他元素,只有一种“镅243”的寿命很长,达8000年左右。

锔是一种很有意思的放射性金属,它辐射出来的能量非常大,可以使锔变得很热,温度高达摄氏1000度左右。如今,人们已把锔用于人造地球卫星和宇宙飞船中,以此作为不断发热的热源。

西博格和乔索继续努力,在1949年又制得了97号元素——锫;在1905年制得了98号元素——锎。锫的原意是“柏克立”。因为它是在柏克立城的回旋加速器帮助下制成的;锎的原意是“加利福尼亚”,因为它是在加利福尼亚州的回旋加速器帮助下制成的。

锫和锎都是金属元素,也都具有放射性。锫在目前还没有得到应用,锎可用作原子能反应堆中的原子燃料。另外,由于锎能射出中子,现在已经被用来治疗癌症。

接着,人们又开始寻找99号元素和100号元素。

当人们准备用回旋加速器制造出这两种新元素之前,却在另一个场合无意中发现了它们。

那是在1952年11月,美国在太平洋上空爆炸了第一颗氢弹。当时,美国科学家在观测这次爆炸产生的原子“碎片”时,发现其中竟夹杂着两种新元素——99号和100号元素。

1955年美国加利福尼亚大学在实验室中制得了这两种新元素。为了纪念在制成这两种新元素前几个月逝世的著名物理学家爱因斯坦和意大利科学家费米,分别把99号元素命名为“锿”(原意即“爱因斯坦”),100号元素命名为“镄”(原意即“费米”)。

1955年,就在制得锿以后,美国加利福尼亚大学的科学家们用氦核去轰击锿,使锿原子核中增加2个质子,变成了101号元素。他们把101号元素命名为“锿”,以纪念化学元素周期律的创始人、俄罗斯化学家门捷列夫。

然而,最后制得的锿竟如此之少——只有17个原子!但正是这17个原子,宣告了一种新元素的诞生。

紧接着,在1958年,加利福尼亚大学与瑞典的诺贝尔研究所合作,用碳离子去轰击锔,使锔这个本来只有96个质子的原子核一下子增加了6个质子,制得了极少量的102号元素。他们用“诺贝尔研究所”的名字来命名它,叫做“锘”。然而,他们的研究成果,在开始并没有得到人们的承认。直到几年以后,有人用另一种办法也制成了102号元素时,这才获得国际上的正式承认。

人们仍然对新元素不息探索着。1961年,美国加利福尼亚大学的科学家们着手制造103号元素。他们用原子核中含有5个质子的硼,去轰击原子核中含有98个质子的锎,进行原子加法:

5+98=103

从而制得了103号元素。这个新元素的命名为“铹”,以纪念当时刚去世的美国物理学家、回旋加速器的发明者劳伦斯。

铹是一个极不稳定的元素。每经过3分钟,铹的原子中便有半数自动分解掉了。

在1964年、1967年,前苏联弗列罗夫所领导的研究小组,分别制得了104号和105号元素。其中104号元素被命名被用来纪念于1960年去世的前苏联原子物理学家库尔恰托夫。

与此同时,美国乔索领导的小组用另一种方法制得了104号、105号元素,并分别命名用来纪念著名物理学家卢瑟福和德国物理学家哈恩。

即使到现在,关于104号、105号元素的命名,仍争论不休,没有得到统一。

104号和105号元素也都是“短命”的元素,只能活几秒钟,很快就裂变成其他的元素。

1974年前苏联弗列罗夫等人用24号元素——铬的原子核去轰击82号元素——铅的原子核,进行原子加法:

24+82=106

制得了106号元素。

与此同时,美国乔索及西博格等人却用另外的“算式”进行原子“加法”:

拿8号元素——氧的原子核去轰击98号元素——锎的原子核。

8+98=106

也制得了106号元素。

与104号、105号元素的发现一样,这一次又引起了争论。双方都为究竟是谁最早发现了新元素争论不休。

1976年,前苏联弗列罗夫等人着手试制107号元素。他们用24号元素——铬的原子核,去轰击83号元素的原子核。

24+83=107

就这样,107号元素被制成了。

107号元素是一种寿命非常短暂的元素,它竟然只能活1毫秒!

到目前为止,得到世界各国科学家公认的化学元素,总共有107种。

然而,世界上到底存在有多少种化学元素?人们会不会无休止地把化学元素逐个制造出来呢?

这个问题引起了激烈的争论。

有人认为,从100号元素镄以后,人们虽然合成了许多新元素,但是这些新元素的寿命却越来越短。像107号元素,只能活1毫秒。照此推理下去,108号、109号、110号……这些元素的寿命可能更短,因此要人工合成新元素的希望将越来越渺茫。他们预言,即使今后人们还有可能再制成几种新元素,但却已为数不多了。

但是,很多科学家认真研究了元素周期表,并推算出在108号元素以后,可能又会出现几种“长命”的新元素!

经过科学家推算,认为当元素的原子核中质子数为2、8、20、28、50、82,或者中子数为2、8、20、28、50、82、126时,原子核就比较稳定,寿命比较长。他们根据这一理论,曾预言114号元素,将是一种很稳定的元素,寿命可达1亿年之久!也就是说,人们如果发现了114号元素,这种元素将像金、银、铜、铁一样“长寿”,并且可以在工农业生产中得到广泛的应用。

科学家甚至根据元素周期表,预言了114号元素的一些特征:

它的性质类似于金属铅,目前可称它为“类铅”。

是一种金属,密度为每立方厘米16克。

其沸点为摄氏147度。

熔点摄氏67度。

可以用它来制造核武器,并且这种核武器体积非常小,用114号制成的一颗小型核弹,甚至可以放在手提包中随身携带。

1582年的一天,意大利比萨城一个年轻的医科学生,正在比萨大教堂里跪着,同去做礼拜的同伴们都在专心地听牧师讲道,大厅里除了讲演声和一根链条的擦碰声外,一片寂静。一盏从教堂顶端悬挂下来的吊灯,被风吹得在空中来回摆动。摆动着的挂灯链条的嘀嗒声惊扰了正在做祈祷的医科学生——伽利略。这种人们常见的现象,引起了伽利略极大的兴趣。他的思考与牧师的祷告距离越来越远了。他目不转睛地注视着吊灯的摆动,尽管吊灯摆动的振幅逐渐减小,但往返一次所需要的时间似乎都一样。他把右手指按在左手腕的脉搏上测量起来,惊奇地发现:不论灯摆动的幅度多大,每摆动一次所需用的时间的的确确是相同的。这个意外的发现,使他仿佛遭到了闪电的突然袭击,引起了伽利略的惊奇。他自问:自己的感觉是正确的吗?不是感觉欺骗了自己,就是亚里士多德“摆幅短需时少”的说法是错误的。究竟是看花了眼,还是发现了奇迹,发现了大自然的一个伟大真理?他在教堂一刻也呆不下去了,拔腿跑回家中。

伽利略回家后,迫不及待地进行了实验,为了取得精确的实验结果,他找来了一只沙钟,准备好鹅管笔、墨水、纸张,认真记录实验数据,并请他的教父帮助他进行这个试验。他找来两根一样长的绳子,在顶端各坠上一块相等重量的铅块,分别将两根绳头系在两根厅柱上。伽利略手拿两个铅摆,分别拉到距垂直线不同的位置,然后同时放开手,让绳索自然摆动,让他的教父数一根绳索的摆动次数,自己数另一根绳索摆动的次数,然后加以比较。