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元素的世界——No.4 鈹(Be)
在漫長的科學探索的道路上,這個美麗的元素,從頭至尾都演繹著傳奇的故事
[祖母綠中的秘密]
埃及艷后克麗奧佩脫拉留下許多傳說，聽說她最愛的還是深綠色的祖母綠。在當時的舊大陸，唯一的祖母綠礦坑就在埃及。傳說這座礦山為克麗奧佩脫拉個人所有，所以又做“克麗奧佩脫拉之山”。傳說征服埃及的亞歷山大大帝和留下各種殘酷故事的暴君尼祿，對這里所生產的祖母綠，都有異常執著的愛.
祖母綠在世界上的產量極為稀少,曾經有人估計,每100萬顆綠柱石礦物中,僅有一顆是祖母綠寶石.所以祖母綠是綠色寶石的代表,更是礦物中的珍品.人們將祖母綠定為五月的生辰石和結婚55周年的紀念.它被視為幸福/忠誠/長久/善良還有幸運的象征.但是,在這個神奇的寶石里,究竟隱含了什么樣的秘密?
祖母綠的元素分析,曾經困擾了18世紀的數位科學家,而法國的科學家沃克蘭教授在那個動蕩的革命年代里日復一日艱苦的研究,最終揭開了祖母綠的面紗.
從農村少年成長為化學家,路易·尼克拉·沃克蘭經歷了顛簸的人生,鈹和鉻的發現,以及300多篇的學術論文,成就了他40年的科學生涯,無機,有機,生化……幾乎所有的領域都被他的工作涉及,而其中最出色的,是他對礦物的研究.
在18世紀中后期，人們還不知道祖母綠就是略含鉻的低價化合物達到寶石等級的綠柱石，學者們分別做過不少研究。直到阿雨比較研究了二者的晶體結構、硬度、密度之后，才認定二者實乃同一種礦物，并請沃克蘭教授再做進一步化學分析。1798年2月15日，沃克蘭教授向法國研究院報告了他化學分析的結果，指明二者的化學組分相當一致，還進一步指明原來認為是鋁土的組分中，都含有一種新的土質，它的性質與鋁土不同：不能溶于過量的苛性鉀溶液，但可溶于碳酸銨，它的硫酸鹽也不能與硫酸鉀形成明礬，前人分析時未發現這一差別。由于此土帶有甜味，當時著名的化學家們建議名之為glucina(意為甜土)。后來克拉普羅特為了與也有甜味的釔土相區別，以Beryll(綠柱石)為根名之為“earth Beryllia”，新元素即命名為beryllium(譯名為鈹)。沃克蘭教授這一發現，曾經被克拉普羅特及J．F．格梅林(J．F．Gmelin，1748—1824)證實。
沃克蘭教授一生未婚。他“是一位真正的化學家，他把自己生活中的每一天，每一天中的每一刻都奉獻給了化學”(G．居維葉)。他本人的成就是巨大的，他還為后來人開拓了前進的道路，促進了近代化學的發展。
[鈹和蒼蠅的邂逅]
一個陽光明媚的日子,德國科學家本生·羅伯特依舊在他的實驗室里忙碌著.他把粘有鈹的沉淀物的濾紙放在陽光下暴曬.這位偉大的科學家,正在想盡辦法測定這個神奇元素.一切放置妥當了,本生轉過身去做別的事情.就在那個時候,意想不到的事發生了……
一只蒼蠅飛過來,不偏不倚地落在濾紙上,而更令他的心寒的是,蒼蠅正在貪婪地吮吸著甜味的鈹……本生慌了,他躍起身朝蒼蠅飛撲過去,可是蒼蠅被驚起,在實驗室里飛旋.一場真正的追捕開始了,本生的學生們聽到他的叫喊,紛紛趕來助陣,一陣"腥風血雨"之后,可惡的蒼蠅最終落入了本生的法掌.他小心翼翼地把蒼蠅放在白金坩堝里焚化,然后將留在堝底的物質細心地搜集起來，稱出它們的份量.最后確定，被蒼蠅從濾紙上吸走的氧化鈹，計有1.01毫克。本生把這個重量加入到濾紙上沉淀物的總數中，從而得出了化學元素鈹的精確原子量.
在長達五十五年的科學研究生涯里，本生總是以這樣一種嚴格的科學態度，來對待他所從事的范圍很廣的科學研究，因而，在諸如電化學、光化學、物理化學、分析化學等方面，都有很多重要的發現。
[擦肩而過的中子,小居里夫婦的遺憾]
在物理學史上，中子的發現經歷了一段曲折而富戲劇性的認識過程。它曾與著名的實驗物理學家約里奧·居里夫婦擦肩而過，而給這對夫婦帶來幾多遺憾。讓我們來重溫這段歷史吧.
1930年，德國物理學家博特（w.w.G.Bothe,1891~1957）和貝克(H.Becker)用α粒子轟擊較輕的元素，特別是轟擊鈹時，發現從鈹中發射一種強度不大但穿透力極強的射線,他們把這種射線稱作是鈹輻射。但是這兩位物理學家錯誤地認為他們發現的是高能γ射線。
1932年，約里奧·居里夫婦重復了博特的鈹輻射實驗，他們的實驗條件很好，有強大的射線源，很容易就得到與博特相同的結果。為了測量物質對鈹輻射的吸收，他們把各種物質放在鈹板與輻射測量儀之間，意外地發現，當把石蠟放在鈹輻射經過的路徑上時，輻射測量儀記錄到的粒子數不僅沒有減少，反而比不放石蠟時多得多。經過鑒定，他們發現，從石蠟里飛出的是質子。這表明，鈹輻射從石蠟中打出了質子。根據打出的質子的速度，他們推算出這種射線的能量是50兆電子伏特，這與上述10兆電子伏特相去甚遠。然而，約里奧·居里夫婦還是沿著博特的錯誤思路思考，他們把這一現象解釋為光子同質子的康普頓散射。1932年1月18日，約里奧·居里夫婦發表了他們的實驗結果和評論。由于他們對理論的輕視，使他們白白失去了一次發現中子的機會。
約里奧·居里夫婦的論文傳到英國，英國物理學家查德威克看了他們的論文并把論文的內容告訴了盧瑟福。據說盧瑟福聽了他們的解釋時大聲喊道：“我不相信”，查德威克也不相信這種解釋，他經過一番思考，隨即意識到：反沖質子有這么大的能量絕不可能是光子碰撞的結果，而很可能是十年前盧瑟福所預言的“中性粒子”碰撞所致。他用釙加鈹作為放射源，使用這種新射線去轟擊氫、氦、氮等元素，結果發現這種射線的性質與通常的射線有所不同，通常的射線照射到物質上，物質密度越大，對射線吸收的就越厲害。而這種射線的性質剛好相反，密度越小的物質越容易吸收它。查德威克用這種射線去轟擊氫原子時發現，氫原子核被彈射出去，這說明這種射線是具有一定質量的粒子流。由于這種粒子流不帶電，電場和磁場對它不起作用，所以不能利用它在磁場或電場中的徑跡來計算它的質量。查德威克認為，這種粒子穿過物質時它將與物質中的原子核發生彈性碰撞，從而把能量傳遞給原子核，使被碰撞的原子核運動，測出被碰原子核的速度，就可根據動量守恒和能量守恒把這種粒子的質量算出來。通過對氫原子和氮原子的轟擊，他算出這種粒子的質量與質子的質量近乎相等，他把這種射線的粒子稱為“中子”
查德威克因為發現了中子而獲得了1935年的諾貝爾物理學獎.
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