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正常的大冒险攻略,她们改变了人们对元素的了解,却或许无法在论文上留下名字-雷火体育

admin 雷火电竞官网 2019-05-13 247 0

来历丨Nature天然科研(ID:Nature-Research)

作者丨Brigitte Van Tiggelen, Annette Lykknes

Brigitte Van Tiggelen和Annette Lykknes搜集整理了在发现元素和探究元素特性进程中那些重要却常常被忽视的女人研讨人员的故事。

将几十种元素会集到一张元素周期表上的劳绩无法归结到一个人或是一个时刻点。无论是在门捷列夫于1869年提出元素周期表雏形之前仍是之后,科学家们都在不断对元素进行分类和猜测。还有更多科研人员尽力寻觅和解说这些新的物质。惰性气体、放射性、同位素、亚原子粒子和量子力学这些概念在十九世纪中叶都还未面世。

德国化学家伊达·诺达克(Ida Noddack)抛弃了化工职业的作业,而投入进寻觅新元素的研讨,终究与别人一起发现了铼 | 鲁汶大学档案馆

在这里,咱们将向咱们介绍那些彻底改动咱们对元素了解的巨大女人。居里夫人(Marie Curie)是最著名的,她由于研讨放射性以及发现了钋和镭而两次取得诺贝尔奖。而其他女人则悄然无声地隐入了暗地。相同被疏忽的还有她们的技能与质量 ,比如不断展开试验、细心挑选数据、从头评价理论的那种坚韧和勤勉。

证明发现了一种新元素十分困难。首要,要发现不同寻常的特性——不能归因于已知元素的化学行为或物理性质,例如无法解说的放射性辐射或光谱线。其次,有必要别离出满足量的该种元素或其化合物,以便对其进行称重、测验并压服别人。

寻觅和整理

1897年,居里夫人开端攻读博士学位,她对“铀射线”进行研讨的时分并没有要寻觅新的元素。她想探究的是1896年亨利·贝可勒尔(Henri Becquerel)刚刚发现的放射性这一概念。她发现沥青铀矿的放射性之大无法单单用铀来解说,所以估测是否存在其他元素,并找来了她的老公皮埃尔协助。

1898年,他们确认了两种新元素 ——镭和钋的光谱线。然后他们花了三年多的时刻研磨、溶解、煮沸、过滤、结晶数吨矿石,才提取了0.1克镭化合物。(他们也企图别离钋,但着实困难,由于它的半衰期太短了。)1903年,居里配偶和贝可勒尔由于发现放射性而一起取得了诺贝尔奖;1911年,居里夫人由于发现镭和钋,并成功对镭进行别离和研讨而再次取得诺贝尔奖。

居里配偶在试验室 | Wikimedia Commons

要确认一种元素在元素周期表中的方位,主要依据的是其原子量和化学性质。比如,镭的化学行为与钡很挨近,而且原子质量比钡更重,因而在元素周期表中刚好排在钡后边。但确认原子量十分困难,由于有必要要经过纯物质进行测定

原子量和特性类似的元素很难区别。就在门捷列夫制作好元素周期表之后,俄罗斯化学家朱莉娅·勒蒙托娃(Julia Lermontov)承受了这一应战——也或许是在门捷列夫的要求下——对铂族金属(钌、铑、钯、锇、铱和铂)的别离进程进行改进。这是给它们摆放次序的先决条件。(据咱们所知)关于勒蒙托娃的作业的仅有记载是在门捷列夫的档案以及他们的通信中。勒蒙托娃在德国海德堡学习化学,师从罗伯特·本生(Robert Bunsen,1860年与古斯塔夫·基尔霍夫(Gustav Kirchhoff)运用他们新发明的光谱仪发现了铯和铷)。1874年,勒蒙托娃成为了德国历史上榜首位取得化学博士学位的女人

准确丈量原子量的值关于核算放射性衰变系,区别现有的新元素和已知元素的不知道变体 ——同位素也是至关重要的。同位素的概念处理了一个重大问题:好像有许多新元素忽然出现出来,但元素周期表中并没有那么多方位。尽管同位素这个概念是由英国化学家弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)在1913年引出来的,可是这一术语(在希腊文中意为“同一个当地”)最早是玛格丽特·托德(Margaret Todd)医师在一次晚宴上提出的。

波兰犹太化学家斯蒂芬妮·霍洛维茨(Stefanie Horovitz)很快就供给了同位素的试验依据。她在维也纳的镭研讨所作业,她证明即便像铅这样常见的元素也或许具有不同的原子量,详细取决于它是由铀仍是钍的放射性衰变而来。

1914年,波兰犹太化学家斯蒂芬妮·霍洛维茨在维也纳镭研讨所作业期间用试验证明了同位素的存在 | 奥地利中心物理图书馆

另一个问题就是镭的奇特“放射物”的实质是什么,是颗粒仍是气体?加拿大物理学研讨生哈丽特·布鲁克斯(Harriet Brooks)在加拿大麦吉尔大学与她的教师欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)一道处理了这个问题。布鲁克斯和卢瑟福在1901年提出放射物的分散就好像厚重的气体,这是证明放射性衰变进程或许发生新元素的榜首个依据。1907年,威廉·拉姆齐(William Ramsay)以为这种后来被命名为氡的气体归于“氦元素组”——现在被称为惰性气体。

1902年,卢瑟福和索迪宣告了他们的放射性衰变理论:原子在宣告放射线的一起自发地衰变成新的原子。卢瑟福因其研讨效果取得了1908年的诺贝尔化学奖。布鲁克斯发现氡是榜首步,也是至关重要的一步,但人们却很少记住她。尽管榜首篇论文是由布鲁克斯和卢瑟福一起写作的,但后来宣告在《天然》上的另一篇论文就只有卢瑟福的姓名了——只是注明布鲁克斯为卢瑟福供给了帮忙。布鲁克斯发现她作为一名女人很难取得长时间职位(特别是成婚后),进行安稳深化的研讨。

进一步对元素特性进行探究概括

有关原子核物理特性的新见地继续不断地出现出来。1917-1918年,物理学家莉泽·迈特纳(Lise Meitner)和化学家奥托·哈恩(Otto Hahn)在柏林发现了91号元素——镤。迈特纳是奥地利人,在取得博士学位后前往德国寻觅更好的作业开展机会。1907年,她被柏林大学化学系的哈恩选用,成为其无偿协作者。她不得不在地下室作业——由于女人不该该被看到。1913年,在哈恩调任至柏林-达勒姆的威廉大帝化学研讨所(Kaiser-Wilhelm Institute for Chemistry)后,她成为该研讨所的“合伙人”。

哈恩和迈特纳在放射性衰变系中寻觅锕的“母物质”时,发现了镤。其时寻觅新元素的竞赛十分激烈,因而有关孰先孰后的胶葛不行避免地随之而来。哈恩和迈特纳终究被认定为是榜首个发现镤的集体,由于他们搜集的物质量更多且对该物质特性的研讨比其竞赛对手更为完好。

另一个元素,75号元素铼,于1925年由德国化学家伊达·诺达克(Ida Noddack)和她的老公沃尔特·诺达克(Walter Noddack)在柏林发现,与他们协作的还有电气工程公司Siemens-Halske(后来并入西门子公司)的奥托·伯格(Otto Berg)。伊达·诺达克(娘家姓塔克)原本是一名化学工程师,可是她抛弃了化工职业的作业而去寻觅新元素。1925年,她开端在柏林的帝国物理和技能研讨所担任无偿客座研讨员,其时沃尔特在那里担任化学试验室的负责人。诺达克配偶尽力制备了可称量的铼——以莱茵河命名;铼是地球上最稀有的元素之一,不具有放射性。

诺达克配偶还声称找到了第43号元素,他们称之为鎷(以波兰马祖里亚命名)。但他们从未成功地再现其光谱线或别离出这种物质。事实上,运用“湿化学”办法研讨这种元素是没有用的。1937年,第43号元素成为榜首个人工制备而成的元素,被命名为锝。

居里夫人由于其自己的研讨效果而得到认可,并在皮埃尔逝世后顶替了他在巴黎大学的职位。但伊达·诺达克不同,她在她老公的试验室以客座研讨员的身份作业了大半辈子。这也是1934年她提出原子核可割裂理论时没有得到注重的原因之一,现在这个原子核割裂的进程被称为核裂变。

1932年中子的发现与1934年感生放射性的发现拓荒了一个全新的研讨范畴——在试验室中经过用粒子炮击原子来制作新的元素。1934年,物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)及其罗马大学的搭档宣告,他们经过用中子炮击铀制作出了第93号和第94号元素。伊达·诺达克在《应用化学》(Angewandte Chemie)上发文指出,费米未能证明炮击没有发生其他化学元素,包含一些原子质量较轻的元素。“能够幻想,”她说,“原子核会割裂成几个大的碎片。”但物理学家们疏忽了她的声响。

1938年,迈特纳和哈恩意识到费米制作的其间一种元素是钡,而且铀原子核确完成已割裂了。那时正处于第二次世界大战前夕,身为犹太人的迈特纳已逃往瑞典。尽管是她的核算让哈恩信任铀原子核确实割裂了,但哈恩在1939年宣告研讨结果时并未说到迈特纳的姓名,也没有在1945年承受1944年的诺贝尔化学奖时将这件事弄清

1930年,钫的发现者玛格丽特·佩里(Marcerite Perey,左)和她的搭档索尼娅·科特尔(Sonia Cotelle)在巴黎镭研讨所 | 居里博物馆/ ACJC

这些女人前驱大多与男性研讨人员协作,因而很难区别他们的奉献。玛格丽特·佩里是一个破例:这位法国物理学家被以为在1939年独立发现了第87号元素——钫。佩里在19岁时参加玛丽·居里的巴黎研讨所,担任试验室技能员,由伊雷娜·约里奥-居里(Irène Joliot-Curie)和安德烈·德比埃尔内(André Debierne)供给辅导。两人别离要求她核算同位素锕 -227的准确半衰期,这是一个精密的技能进程,就在这期间佩里发现了新元素钫。由于其时伊雷娜·约里奥-居里和安德烈·德比埃尔内无法就佩里究竟为谁作业到达一致,所以他们都无法说明自己在这一发现中所发挥的效果。后来佩里成为了斯特拉斯堡大学核化学系的负责人,并于1962年成为榜首位中选法国科学院院士的女人——担任通讯院士。(尽管没有对立接收女人的规则,但直到1979年才有榜首位女人中选为正式院士。)

钫是在天然界中最终发现的元素。放在今日,这样的发现需求有大型研讨团队、粒子加速器和巨大的预算才行。化学元素的意义现已发生了改动,从门捷列夫以为的安稳而不行转化的物质变成了到仅能存在几毫秒的同位素。

20世纪70年代初,美国化学家达莲娜·霍夫曼(Darleane Hoffman)使用相关技能完成了跨越性的打破。她证明同位素镄-257能够自发裂变——不只是是在被中子炮击之后。霍夫曼是榜首位担任洛斯阿拉莫斯国家试验室科学部分负责人的女人,她还在天然界中发现了钚-244她培养了几代女科学家。其间一位是道恩·沙内西(Dawn Shaughnessy),她现在是劳伦斯利弗莫尔国家试验室的重元素项目(以及其他几个项目)的首席研讨员,该项目协助发现了六个新元素(113-118)。

1979年,霍夫曼成为了榜首位担任洛斯阿拉莫斯国家试验室科学部分负责人的女人 | Roy Kaltschmidt / 劳伦斯伯克利国家试验室

将元素物尽其用

在探究元素的道路上还有许多其他女人的身影。1886年,法国化学家亨利·莫瓦桑(Henri Moissan)别离出了氟。之后在20世纪20年代到30年代初期,一支女人团队(特别是卡门·布鲁格·罗曼·费雷尔(Carmen Brugger Romaní)和特立尼达·萨利纳斯·费雷尔(Trinidad Salinas Ferrer))与马德里大学的何塞·卡萨雷斯·吉尔(José Casares Gil)展开协作,一起研讨氟对健康的影响及矿泉水中的氟含量。1936年-1939年西班牙内战后,她们不得不退出研讨,她们的作业效果便归入了卡萨雷斯的名下。

化学家里塔·克拉克·金(Reatha Clark King)是榜首位在华盛顿特区国家标准局作业的非洲裔美国女科学家。20世纪60年代,她研讨了氟氧氢气体混合物的焚烧:氟的高反响性意味着其可用于火箭推进剂。有的混合物爆炸性过强,因而需求特别的设备和技能。NASA选用的正是金的规划

20世纪10年代,美国医师和研讨员艾丽斯·汉密尔顿(Alice Hamilton)证明了铅的毒性及其对大众和金属职业从业人员的损害。她迫使保险公司和制作商采纳安全措施并对受影响的人进行补偿。她还组织了社会运动,让咱们认识到汞等其他重金属或许给从业人员形成的疾病损伤。1919年,她成为了哈佛大学的榜首位女人教师。早在1925年,她就清晰对立在汽油中增加铅。

日裔美籍技能人员Toshiko'Tosh'Mayeda在20世纪50年代就把握了氧的放射性同位素的丈量办法。起先她在芝加哥大学哈罗德·尤里(Harold C. Urey)试验室里清洗玻璃器皿,不久便成为了质谱仪的负责人。她协助测定了贝壳化石中氧同位素的含量,用以揣度史前海洋的温度,并将这种办法推行到了陨石中

像一切日裔美国人相同,1941年12月7日珍珠港事情发生后,Mayeda被送往拘留营并遭到轻视。Mayeda只具有化学学士学位,原本或许会成为那些做出重大奉献却不为世人所知的很多女人技能人员之一。可是,好在Mayeda得到了上司的支撑,她的姓名与那些博士和教授同时出现在了期刊论文中

元素周期表的背面

与研讨发现相同,搜集整理这些女人科学家的故事也需求团队的协作,十分感谢以下各位所做的尽力和奉献,他们是:Gisela Boeck、John Hudson、Claire Murray、Jessica Wade、Mary Mark Ockerbloom、Marelene Rayner-Canham、Geoffrey Rayner-Canham、XavierRoqué 、Matt Shindell和Ignacio Suay-Matallana。

追寻了解化学研讨史上的女人人物,从无偿的帮手和技能人员到出色试验室的负责人,咱们更全面地了解了这群在科学发现道路上不懈尽力的人。本年是元素周期表诞生150周年,咱们有必要认识到在它的树立和开展背面是许许多多科研人的个人尽力和精诚协作

原文以Celebrate the women behind the periodic table为标题,发布在2019年1月28日《天然》谈论上。点击“阅览原文”阅览英文原文。

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