[科普中國(guó)]-鐳

發(fā)現(xiàn)者簡(jiǎn)介

瑪麗·居里（Marie Curie）和皮埃爾·居里（Pierre Curie） 發(fā)現(xiàn)年代：1902年

皮埃爾·居里(Pierre Curie)，或譯彼埃爾·居里3、比埃爾·居里。

1859年5月15日生于法國(guó)巴黎一個(gè)醫(yī)生家庭。他的兒童和少年時(shí)期，性格上好個(gè)人沉思，不易改變思路，沉默寡言，反應(yīng)緩慢，不適應(yīng)普通學(xué)校的灌注式知識(shí)訓(xùn)練，不能跟班學(xué)習(xí)，人們都說(shuō)他心靈遲鈍，所以從小沒(méi)有進(jìn)過(guò)小學(xué)和中學(xué)。父親常帶他到鄉(xiāng)間采集動(dòng)、植、礦物標(biāo)本，培養(yǎng)了他對(duì)自然的濃厚興趣，學(xué)到了如何觀察事物和如何解釋它們的初步方法。居里14歲時(shí)，父母為他請(qǐng)了一位數(shù)理教師，他的數(shù)理進(jìn)步極快，16歲便考得理學(xué)士學(xué)位，進(jìn)入巴黎大學(xué)后兩年，又取得物理學(xué)碩士學(xué)位。1880年，他21歲時(shí)，和他哥哥雅克·居里一起研究晶體的特性，發(fā)現(xiàn)了晶體的壓電效應(yīng)。1891年，他研究物質(zhì)的磁性與溫度的關(guān)系，建立了居里定律：順磁質(zhì)的磁化系數(shù)與絕對(duì)溫度成反比。他在進(jìn)行科學(xué)研究中，還自己創(chuàng)造和改進(jìn)了許多新儀器，例如壓電水晶秤、居里天平、居里靜電計(jì)等。1895年7月25日皮埃爾·居里與瑪麗·居里結(jié)婚。

瑪麗·斯克羅多夫斯基·居里(Marie Sk?odowska-Curie)1867年11月7日生于沙皇俄國(guó)統(tǒng)治下的華沙，父親是中學(xué)教員。16歲她以金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)庐厴I(yè)于華沙中學(xué)，因家庭無(wú)力供她繼續(xù)讀書(shū)，而不得不去擔(dān)任家庭教師達(dá)六年之久。后來(lái)靠自己的一點(diǎn)積蓄和姐姐的幫助，于1891年去巴黎求學(xué)。在巴黎大學(xué)，她在極為艱苦的條件下勤奮地學(xué)習(xí)，經(jīng)過(guò)四年，獲得了物理和數(shù)學(xué)兩個(gè)碩士學(xué)位。

居里夫婦結(jié)婚后次年，即1896年，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾鹽的放射性現(xiàn)象，引起這對(duì)青年夫婦的極大興趣，居里夫人決心研究這一不尋常現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)。她先檢驗(yàn)了當(dāng)時(shí)已知的所有化學(xué)元素，發(fā)現(xiàn)了釷和釷的化合物也具有放射性。她進(jìn)一步檢驗(yàn)了各種復(fù)雜的礦物的放射性，意外地發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦的放射性比純粹的氧化鈾強(qiáng)四倍多。她斷定，鈾礦石除了鈾之外，顯然還含有一種放射性更強(qiáng)的元素。

居里以他作為物理學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)，立即意識(shí)到這一研究成果的重要性，放下自己正在從事的晶體研究，和居里夫人一起投入到尋找新元素的工作中。不久之后，他們就確定，在鈾礦石里不是含有一種，而是含有兩種未被發(fā)現(xiàn)的元素。1898年7月，他們先把其中一種元素命名為釙，以紀(jì)念居里夫人的祖國(guó)波蘭。沒(méi)過(guò)多久， 1898年12月，他們又把另一種元素命名為鐳。為了得到純凈的釙和鐳，他們進(jìn)行了艱苦的勞動(dòng)。在一個(gè)破棚子里，日以繼夜地工作了三年零九個(gè)月。自己用鐵棍攪拌鍋里沸騰的瀝青鈾礦渣，眼睛和喉嚨忍受著鍋里冒出的煙氣的刺激，經(jīng)過(guò)一次又一次的提煉，才從幾噸瀝青鈾礦渣中得到十分之一克的鐳。由于發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)，居里夫婦和貝克勒爾共同獲得了1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

瑪麗·居里發(fā)現(xiàn)了一種化學(xué)元素鐳，化學(xué)符號(hào)Ra，原子序數(shù)88，原子量226.0254，屬周期系ⅡA族，為堿土金屬的成員和天然放射性元素。1898年12月，瑪麗·居里和皮埃爾·居里從瀝青鈾礦提取鈾后的礦渣中分離出氯化鐳，1907年測(cè)出鐳元素的新的原子量，1910年又用電解氯化鐳的方法制得了金屬鐳（白色金屬）它的英文名稱(chēng)來(lái)源于拉丁文radius，含義是“射線(xiàn)”。鐳在地殼中的含量為1×10-9%，至今已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)為206～230的同位素中，除鐳223、鐳224、鐳226、鐳228是天然放射性同位素外，其余都是用人工方法合成的。鐳存在于所有的鈾礦中，每2.8噸鈾礦中含1克鐳。

發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史在柏克勒爾對(duì)于鈾的放射性質(zhì)進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)先河的觀察和研究以后，跟著便發(fā)現(xiàn)鈾的射線(xiàn)也像X射線(xiàn)，能使空氣和其他氣體產(chǎn)生導(dǎo)電性，而釷的化合物也經(jīng)人發(fā)現(xiàn)有著類(lèi)似的性質(zhì)。1896年起，居里夫人和她的丈夫一起進(jìn)行了系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)4，在各種元素與其化合物以及天然物中尋找這種效應(yīng)。

柏克勒爾現(xiàn)象，引起了居里夫婦的濃厚興趣，射線(xiàn)放出來(lái)的力量究竟是從哪里來(lái)的呢？這種放射的性質(zhì)又是什么呢？

居里夫人把自己的全部身心都投入到鈾鹽的研究中去了，她廣為搜羅并研究了各種鈾鹽礦石，她被鈾鹽礦石神奇的射線(xiàn)所吸引，她把特別的愛(ài)奉獻(xiàn)給了這種特別的礦石。

接受過(guò)嚴(yán)格而又系統(tǒng)的高等化學(xué)教育的居里夫人，在研究鈾鹽礦石時(shí)想到，沒(méi)有任何理由可以證明鈾是唯一能發(fā)射射線(xiàn)的化學(xué)元素。她猜想，一定還會(huì)有別的元素也具有同樣的力量，只不過(guò)人們還不知道罷了。

她依據(jù)門(mén)捷列夫的元素周期律排列的元素，逐一進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果很快發(fā)現(xiàn)另外一種釷元素的化合物，也自動(dòng)發(fā)出射線(xiàn)，與鈾射線(xiàn)相似，強(qiáng)度也較接近。

居里夫人認(rèn)識(shí)到，這種現(xiàn)象決不只是鈾的特性，必須給它一個(gè)新名稱(chēng)，居里夫人就把它命名為“放射性”，鈾、釷等有這種特殊“放射”功能的物質(zhì)，叫做“放射性元素”。

后來(lái)，在她的丈夫皮埃爾先生的幫助下，她又測(cè)定了能夠收集到的所有礦物，她想知道還有哪些礦物具有放射性。

在測(cè)量中，她獲得了又一個(gè)戲劇性的發(fā)現(xiàn)，在一種來(lái)自波希米亞的瀝青鈾礦中，她發(fā)現(xiàn)，其放射性強(qiáng)度比原先設(shè)想的要大不知多少倍。

那么，這種不正常的而且過(guò)度的放射性又是從哪里來(lái)的呢？用這些瀝青鈾礦中的鈾和釷的含量，決不能解釋她觀察到的放射性的強(qiáng)度。

因此，只能有一種解釋?zhuān)@些瀝青礦物中含有一種比鈾和釷的放射性作用強(qiáng)得多的新元素，而且不是當(dāng)時(shí)人類(lèi)所已經(jīng)知道的元素，它一定是一種未知的元素。

居里夫人的發(fā)現(xiàn)吸引了皮埃爾先生的注意，居里夫婦攜起手來(lái)，并駕齊驅(qū)，向科學(xué)的未知領(lǐng)域發(fā)起強(qiáng)有力的進(jìn)攻。

在條件極其簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室里，經(jīng)過(guò)居里夫婦鍥而不舍的長(zhǎng)期努力，1898年7月，他們宣布發(fā)現(xiàn)了這種新元素，它比純鈾放射性要高出400倍。

為了紀(jì)念她飽經(jīng)磨難的祖國(guó)，新元素被命名為釙（即波蘭的意思）。

1898年12月，居里夫婦又根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)宣布，他們又發(fā)現(xiàn)了第二種放射性元素，這種新元素的放射性比釙還強(qiáng)，他們把這種新元素命名為“鐳”。

但是，由于沒(méi)有釙和鐳的樣品，也沒(méi)有釙和鐳的原子量，當(dāng)時(shí)的科學(xué)界，幾乎沒(méi)有人愿意相信他們的這個(gè)驚世駭俗的新發(fā)現(xiàn)。

居里夫婦決心，無(wú)論付出什么樣的代價(jià)，都要提煉出釙和鐳的樣品，這一方面是為了證實(shí)它們的存在，另一方面，也已為了使自己更有把握。

居里夫婦是一對(duì)經(jīng)濟(jì)相當(dāng)拮據(jù)的知識(shí)分子，他們無(wú)力支付購(gòu)買(mǎi)瀝青鈾礦所需的高昂的費(fèi)用。但他們沒(méi)有被眼前的這只“攔路虎”所嚇倒，他們幾乎想盡了各種各樣的辦法。

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的周折，奧地利政府這才正式?jīng)Q定，先捐贈(zèng)一噸重的殘礦渣給居里夫婦，并且許諾，如果他們將來(lái)還需要大量的礦渣，可以在最優(yōu)惠的條件下供應(yīng)給他們。

居里夫人立即投入了繁重的提取工作中去，她每次把 20多公斤的廢礦渣放入冶煉鍋里加熱熔化，連續(xù)幾個(gè)小時(shí)不間斷地用一根粗大的鐵棍攪動(dòng)沸騰的渣液，而后從中提取僅含百萬(wàn)分之一的微量物質(zhì)。

從1898年到1902年，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的提取，處理了近一噸礦石殘?jiān)K于得到了0.1克的鐳鹽，并測(cè)定出了它的原子量是226。

鐳的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)界爆發(fā)了一次真正的革命，1903年，居里夫婦因此而雙雙獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。居里夫人這一巨大成功絕不是輕而易舉就能獲得的，它凝聚了居里夫婦多少汗水、多少淚水，完全是居里夫婦共同心血的結(jié)晶。

元素形態(tài)CAS號(hào)：7440-14-45

氧化態(tài)：

主要為Ra+2

原子體積:(立方厘米/摩爾)

45.20

元素在海水中的含量:(ppm)

外圍電子層排布6：7s2

電離能(kJ /mol)

M - M+ 509.3

M+ - M2+ 979

M2+ - M3+ 3300

M3+ - M4+ 4400

M4+ - M5+ 5700

M5+ - M6+ 7300

M6+ - M7+ 8600

M7+ - M8+ 9900

M8+ - M9+ 13500

M9+ - M10+ 15100

晶胞參數(shù)：

a = 514.8 pm

b = 514.8 pm

c = 514.8 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

元素描述

密度6.0克/立方厘米（20℃）1。熔點(diǎn)700℃，沸點(diǎn)約1140℃。銀白色有光澤的軟金屬。在空氣中不穩(wěn)定，易與空氣中氮和氧化合。與水作用放出氫氣，生成氫氧化鐳Ra(OH)2。溶于稀酸?；瘜W(xué)性質(zhì)與鋇十分相似；所有鐳鹽與相應(yīng)的鋇鹽是同晶型的。鐳能生成僅微溶于水的硫酸鹽、碳酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽；鐳的氯化物、溴化物、氫氧化物溶于水。已知鐳有13種同位素，226Ra半衰期最長(zhǎng)，為1622年。

以下為鐳的各種反應(yīng)

與氮?dú)夥磻?yīng)

3Ra+N2=Ra3N2

與氧氣反應(yīng)

2Ra+O2=2RaO

與硫反應(yīng)

Ra+S=RaS

與鹵素反應(yīng)

Ra+F2=RaF2

Ra+Cl2=RaCl2

Ra+Br2=RaBr2

Ra+I2=Ral2

與水反應(yīng)

Ra+2H2O=Ra（OH）2+H2

鐳介紹鐳元素符號(hào)Ra，原子序數(shù)88，原子量226.03。外圍電子排布7s，密度6.0g/cm，熔點(diǎn)700℃，沸點(diǎn)dR=Rλdt-->dR/R=λdt--->LnR=Ce^(λt)
t=0,R=R0--->R=R0e^(λt)
鐳經(jīng)過(guò)1600年后,只余原始量R0的1/2--->1/2=e^(1600λ)-->λ=(-Ln2)/1600-->R=R0e^[(-Ln2)*t/1600]

鐳的α衰變方程右圖為鐳的阿爾法方程。

用途鐳能放射出α和γ兩種射線(xiàn)，并生成放射性氣體氡。

鐳放出的射線(xiàn)能破壞、殺死細(xì)胞和細(xì)菌。因此，常用來(lái)治療癌癥等。此外，鐳鹽與鈹粉的混合制劑7，可作中子放射源，用來(lái)探測(cè)石油資源、巖石組成等。

鐳是原子彈的材料之一。老式的熒光涂料也含有少量的鐳。中子轟擊鐳-225可以獲取錒。

用鐳同位素尋找古河道中的鈾8。