元素帝国功臣:这些女性你知道几个

作者:苏更林来源:科普中国发布时间:2019-03-11

让我们一起走近那些演绎元素故事的“玫瑰之花”! 

  “元素帝国”118颗星,每一颗星都有属于自己的故事。演绎这些故事的功臣们,用其义无反顾的探索之旅书写了一部迂回曲折、荡气回肠的元素发现史。值此“三八妇女节”来到之际,让我们一起走近那些演绎元素故事的“玫瑰之花”! 

庆祝化学元素周期表150周年(图片来源:https://makezine.com/projects/celebrate-150-years-of-the-periodic-table-by-tying-200000-tiny-knots/) 

  居里夫人——第一位获得诺奖的女性     

  玛丽•居里(1867年-1934年),通常被大家称为居里夫人,是波兰裔法国籍女物理学家、放射化学家。1898年,她和她的丈夫皮埃尔一起发现了88号元素镭( Ra )84号元素钋 ( Po ) 

居里夫人(图片来源:https://www.jaiom18.com/marie-curie-radium-element-marie-won-nobel-prize-physics-chemistry-subjects/) 

  居里夫人与其丈夫皮埃尔以及贝可勒耳曾因发现放射性而共同获得了1903年的诺贝尔物理学奖。1906年,她的丈夫皮埃尔在一次交通事故中丧生。1911年,玛丽•居里因分离镭和钋而获得第二个诺贝尔奖。她是第一个赢得两项诺贝尔奖的人,同时也是第一位获得诺贝尔奖的女性。 

玛丽和皮埃尔在实验室(图片来源:https://www.buffalolib.org/content/milestones-science/marie-curie) 

  玛丽•居里是放射性现象研究的先驱,她发现的两种新元素(钋和镭)为元素周期表的发展做出了重要贡献。玛丽•居里还对放射性进行了广泛的研究,并率先将放射性同位素应用于癌症治疗。 

镭可用于医学领域(图片来源:https://www.wisegeek.com/what-is-radium.htm) 

  当时她还做出了一个决定,不申请镭处理方法以及医疗应用的专利。她给出的理由是,“我们都认为获取经济利益违反了我们的纯粹研究观念。”然而,由于过度暴露于放射性物质,她最终死于再生障碍性贫血。 

钋曾被应用于空间探测器的紧凑热源(图片来源:http://www.chemistryexplained.com/elements/L-P/Polonium.html) 

  为了纪念他们对于放射性领域的贡献,96号元素锔以科学家皮埃尔和玛丽•居里的名字命名。 

  迈特纳——一个被诺奖遗忘的女性 

  莉莎•迈特纳(1878 - 1968年)为德国物理学家。在那个时代,女性参与科学研究是受到抗拒的。迈特纳作为一名犹太女性,投身科学研究领域则更需要勇气。 

莉莎•迈特纳(图片来源:onsizzle.com) 

  她与顶尖科学家马克斯•普朗克、奥托•哈恩、尼尔斯•波尔等人都有过很好的合作。然而,在最初的近10年的研究生涯中,她的职位一直是无报酬的“研究员”。 

迈特纳和哈恩在实验室(图片来源:https://study.com/academy/lesson/lise-meitner-biography-discovery-accomplishments.html) 

  化学大师门捷列夫曾在1871年的周期表中预言了91号元素镤(Pa)的存在。1913年,美国科学家法詹斯等人发现了第一个同位素234Pa。234Pa是天然存在的238U衰变系列的短命成员,半衰期约为1.17分钟。 

  1918年,迈特纳和哈恩的小组以及英国的一个小组各自独立发现了另一种同位素231Pa231Pa是最稳定的同位素,半衰期大约为32760年。迈特纳的研究小组还发现了其他几种放射性同位素。 

  镤在放射衰变过程中产生锕,因此是锕的“祖先”。该元素主要存在于沥青铀矿中,在地壳中的浓度为万亿分之几。1927年,科学家只分离出了2毫克可见量的镤,主要用作研究之用。 

  迈特纳与哈恩在一起工作了30多年,他们研究放射性非常得心应手。因为迈特纳具有扎实的物理基础,而哈恩具有很好的化学功底,使得他们的合作具有互补性。 

  迈特纳的最大成就是发现了铀核的裂变。19391月,迈特纳与弗里施在《自然》杂志上发表论文,提出了核裂变的概念。她的这个发现为后来的原子弹以及核能的和平利用提供了理论基础。在美国,人们尊称其为“原子弹之母”。 

核裂变(图片来源:https://study.com/academy/lesson/lise-meitner-biography-discovery-accomplishments.html) 

  其实,她与原子弹是没有直接关系的,甚至她还拒绝参与曼哈顿计划呢!曼哈顿计划(Manhattan Project)是二战期间由美国陆军部实施的一项原子弹研制计划,是为二战胜利服务的一项军事工程。只不过,她对于自己的研究成果被用于军事有着复杂的感受,总是后悔自己为原子弹诞生提供了科研成果。1944年,她的搭档哈恩因发现核裂变而获得了诺贝尔化学奖。遗憾的是,迈特纳在这个奖项中被完全忽视了。有人认为,这是诺贝尔委员会有史以来最大的疏忽之一,也是诺贝尔委员会忽视女性科学成就的一个最突出的例证。 

  1966年以后,在原子物理领域工作了60年的迈特纳,真正受到了世界的关注。她曾在联合国原子能委员会任职,并获得了无数的荣誉奖章。在瑞典,她还帮助建设了第一批和平时期的核反应堆。 

  一直关注迈特纳的爱因斯坦,称其为“德国的玛丽•居里”。为了纪念她在元素化学方面的贡献,109号化学元素( Mt )就是以她的名字命名的。 

  塔克——以铼为“媒”缔结姻缘的女性 

  伊达•塔克(1896-1978)为德国物理学家和化学家,擅长分析化学。在其科学生涯中,对周期表有着深入的研究。 

伊达•塔克(图片来源:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4213432/) 

  门捷列夫在设计周期表时曾预测了铼元素的性质。1925年,塔克和诺达克以及伯格一起发现了75号元素铼( Re )1926年,塔克与沃尔特•诺达克结婚,名字改为伊达•诺达克。 

  据悉,他们是从铂矿石和钶矿石中发现铼元素的,并且还在钆和辉钼矿中发现了这种元素。1928年,他们处理了660千克的辉钼矿,只提取了1克的铼。     

元素铼(图片来源:https://www.sciencephoto.com/media/553937/view)     

  铼为银白色金属,拉丁语意为莱茵河。它非常坚硬,具有很好的耐磨损和耐腐蚀本领,并且具有很高的熔点。因此也被广泛用作质谱计和离子测量仪的灯丝,也可用作电接触材料和热电偶材料。含铼催化剂可用于精细化学品的氢化。 

铼的应用(图片来源:keywordhungry.com) 

  1929年,塔克及其丈夫获得了德国灯丝铼涂层的专利,并且取得了英国使用铼作为氧化过程催化剂的专利。之后,他们还在美国分别获得了白炽灯丝和真空管丝的三项专利。 

  1931年,他们因发现铼元素而获得了德国化学学会享有盛誉的利比格奖章。1934年,他们还获得了瑞典化学学会的舍勒奖章。 

  佩雷——法国科学院首位女院士 

  玛格丽特•佩雷( 1909-1975)为法国物理学家,19岁时担任居里夫人的助理,因此受到了居里夫人的悉心指导。很快,佩雷就学会了放射性元素的分离和纯化。 

玛格丽特•佩雷(图片来源:维基百科) 

  佩雷的工作就是从铀矿的其他成分中提取锕,以供居里夫人研究元素的衰变之用。这样枯燥的工作,她一干就是十年。居里夫人逝世后,佩雷继续进行锕的放射性衰变研究。1939年,佩雷在研究锕的放射性衰变时,发现了一个有趣的现象。那就是在这些衰变反应中形成的元素混合物中含有一种她不认识的物质,因此她决定找出这种物质来一探究竟。 

  最终她发现了这个陌生的物质,并证明其是一种新的化学元素。该元素的原子序数为87,佩雷为了纪念她的祖国法兰西,将该元素命名为Fr(钫)。 

钫元素(图片来源:https://classroomclipart.com/clipart-view/Clipart/Chemical_Elements/francium_chemical_element_jpg.htm) 

  钫天然存在于铀矿物中,是地壳中第二稀有元素。在所得的钫中,233Fr是相对最稳定的同位素,但半衰期也只有22分钟,所以在自然界很难找到它。 

  1950年,佩雷获得法国科学院王尔德奖。10年后,她获得法国皇家科学院奖、巴黎科学大奖等多项奖项。1962年,佩雷入选法国科学院,这是法国科学院选入的第一位女性院士。 

  佩雷发现了钫,并希望能用它来诊断癌症。但她却深受其害,不幸患上了骨癌,于1975年去世。看来,对于从事辐射工作的科学家来说,采取有效的安全防护措施是十分必要的。 

  肖内西——当代女性“炼金术士” 

  道恩•肖内西为利弗莫尔重元素小组的首席研究员,担任实验核和放射化学小组组长。她领导的团队致力于发现超重元素,被誉为是当代女性“炼金术士”。 

  所谓超重元素,指的是原子核为超重核的元素,通常为104号之后的元素。它们只能在实验室中进行合成,并且合成的难度极高。人工合成的极少数超重元素,寿命在秒到微秒量级,其科学意义远大于实用意义。比如,它们能够帮助我们揭示元素的起源,并回答元素存在的极限等问题。 

道恩•肖内西在实验室(图片来源:https://str.llnl.gov/str/April07/Shaughnessy.html) 

  肖内西原本想当一名医生,然而化学的魅力深深吸引了她。1993年,肖内西获得加州大学伯克利分校化学学士学位;2000年,肖内西获得博士学位;后来入职劳伦斯•利弗莫尔国家实验室。她惊叹核化学真是太神奇了,简直就像“炼金术”一样,可以制造出新的原子来。116号元素就是她的团队在该实验室发现的,并被命名为LivermoriumLv),以纪念发现地之一的劳伦斯•利弗莫尔国家实验室。2012年,国际纯粹与应用化学联合会正式宣布元素周期表增加该新元素。20137月命名其中文名为“鉝”。 

  2015年,国际纯化学和应用化学联合会批准在元素周期表中添加四个新元素,其中有三个新元素是由肖内西领导的一个研究小组与俄罗斯核反应实验室合作完成的。这三个新元素为115号(Mc)、117号(Ts)和118 号(Og)。 

  201759日,中国科学院、国家语言文字工作委员会、全国科技名词委员会联合发布四个新元素中文命名。  


113号、115号、117号、118号四个元素的中文名称(图片来源:全国科学技术名词审定委员会官网) 

  曾几何时,男性主导的化学世界对女性科学家是排斥的。而此篇所列的几位女性,都在化学元素领域做出了辉煌成就。不过她们之中有些受到了不公正的对待,有些甚至付出了生命的代价……但她们对于自己的选择却无怨无悔。今天,让我们向这群伟大的女科学家们致敬! 
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  参考文献:  

  [1] 徐德海,李绍山等.《化学元素知识简明手册》,化学工业出版社,2011年版。 

  [2] 凌永乐.《化学元素周期系史话》,化学工业出版社,2011年版。 

  [3] https://str.llnl.gov/str/April07/Shaughnessy.html 

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