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2019-06-02在追尋純粹的道路上 構築元素版圖背後的女科學家 594 期

Author 作者 李依庭/本刊主編。

進入回憶漩渦前......

在尋找新物質或探索元素特性的時光中,有一群不在乎是否留名青史, 只為求得科學真相的她們,期望能填上週期表上的空白、完整其理論模型......

20 世紀初,科學家將元素定義為不能被分解成更簡單的物質。而這些單一物質早至 1869 年時,因著俄羅斯科學家門得列夫發現其化學週期性,將當年已知、有限的元素進行排列,也就是今日元素週期表的雛形。而週期表上的留白與預測,自此之後,也遂成為科學家試圖找尋的未知。

不過,證明新元素的存在實際上並不容易,首先,必須發現自然界中不尋常的現象,且此活動無法就已知元素進行解釋的化學行為或物理特性,像是不明原因的放射線 (radioactivity)或光譜線。再者, 為證明其存在,需從化合物中將元素大量分離,以便進行量測、研究, 進而說服他人此為一全新元素。

 

首位獲諾貝爾獎殊榮的女性── 居禮夫人

在惰性氣體(noble gases)、放射 線、同位素(isotopes)和量子力學 (quantum mechanics)等名詞尚未問世的 19 世紀中,有一群女科學家的研究,徹底改變人們對元素的了解。居禮夫人(Madame Curie), 因為放射性研究與發現釙(polonium, Po)和鐳(radium, Ra),兩度獲得諾貝爾獎(1903年諾貝爾物理學獎、 1911年諾貝爾化學獎)的科學家,是當年少數因學術貢獻而在科學史上留下篇章的女性。

其實,當初居禮夫人的研究起點並非尋找新元素,而在於鈾射線 (uranium rays)的探索。1896年,貝克勒(Henri Becquerel)發現鈾的放射性,隔年,居禮夫人決定以 此為博士論文題目,開始研究起瀝青鈾礦(pitchblende)中的放射性, 從她的測量結果發現礦石中的活性太過強大以致無法單鈾放射做唯一 解釋,懷疑有其他物質的存在。

透過與丈夫皮耶(Pierre Curie)的 共同合作,1898 年,居禮夫人發表論文表示找到兩新元素──釙和鐳。 為了驗證這項發現,兩人更花了超過3年的時間,透過研磨、溶解、 煮沸、過濾和結晶等步驟,從 1 噸的礦石中間萃取出0.1 克的氯化鐳 (RaCl2)。縱使有生之年未曾分離出半衰期較短的釙,但在 1910 年,她成功分離出純鐳金屬。......【更多內容請閱讀科學月刊第594期】