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化学史实(23)——同位素的发现  

2012-06-25 23:32:43|  分类: 化学历史故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 化学史实(23)——同位素的发现
    早在19世纪初,化学家发现一个事实,根据化学反应求得的原子量,大体上是氢原子量的整数倍,但是少数元素的原子除外,如镁是24.3,氯是35.5。

为了解释这种事实,1815年英国年轻化学家普劳特(W.Prout,1785——1850)提出一个看法,氢是母体,其他元素原子的原子量都是氢的整数倍。至于有的元素的原子量总是小数,这是实验误差造成的。

1886年英国科学家克鲁克斯做了多次实验,得到结论是出现小数的原子量决非实验误差所致。他大胆地假设:同一元素的原子,可以有不同的原子量,这种原子量不同的原子,化学性质极其相似,相互混杂,因此化学家测定元素原子的原子量是各原子原子量的平均值。克鲁克斯的看法是很接近事实的,可惜当时他无法用实验来说明,因而不能取得化学界共识。

真正用实验研究这个问题的是英国科学家阿斯顿(F.W.Aston,1877——1945),他是质谱仪的发明者。而质谱仪是能够精确测定原子量的仪器。他用质谱仪测定氯的原子量总是35.457。在质谱仪照片中,氯留下一大一小两个黑斑。根据它的位置偏离程度,很容易算出氯的原子量有35和37两种,它们的比约为4∶1,由此得到原子量平均值正是35.457。阿斯顿还测定氖元素有三种原子:90%的原子量为20,9%的原子量为22,剩下不到1%原子量为21,因此求得氖的原子量为20.18。

虽然阿斯顿做了划时代的实验,但是他毕竟不是一个化学家,不能把这一工作深入下去,更不去解释原因何在。

1906年伍德沃德发现有两种半衰期不同的钍元素。差不多在同一时间内,索迪(F.Soddy,1877——1956)在加拿大测定钍元素有两种质量数的原子,一种是232,一种是228。

1910年英国的索迪首先提出同位素概念:在周期表里的位置相同而原子量不同的原子互称同位素。现在的语言是质子数相同但中子数不同的原子互称同位素。例如,钍有232和228,氯有35和37等。索迪预言一种元素有两种或两种以上的同位素,这应是普遍现象。

索迪的预言已为现代化学发展所证实。目前化学家发现,绝大多数元素有同位素,迄今已发现489种天然同位素,其中稳定的有264种,天然放射性同位素有225种,如加上人工方法制造的已超过2000种。

目前同位素可用蒸馏法、浓缩法、扩散法等方法分离。同位素的发现使化学家进一步认识到决定原子特征的不是原子量,而是核电荷数。于是化学家取得共识:根据原子核内电荷多少给原子分类,把核电荷数相同的一类原子称为元素。

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