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起出现呢?氦跟铀和钍有什么关系呢?
看不见的射线
正当拉姆赛在英国热心地寻找空气中的新气体的时候,法国的科学家们也作出了惊人的新发现。
在拉姆赛由钇铀矿中发现氦的第二年,1896年3月,法国巴黎的物理学家贝克勒尔也研究了铀的各种化合物和铀的矿石,但是他找到的不是氦,而是发现铀在不停地发出看不见的射线,也就是说,铀有放射性。
铀是1789年德国化学家克拉普罗斯发现的金属元素,它的外表像银,化学性质像钨。将近100年来,人们都认为铀和其他金属一样,是一种普通的元素。贝克勒尔的实验告诉我们:铀和一般元素不一样,它发出的看不见的射线,可以隔着黑纸使照相底片感光。这可是以前谁也不知道的事。是不是还有一些别的元素像铀一样,也能够发出看不见的射线呢?这吸引了不少科学家去研究。
1898年,拉姆赛和他的助手特莱凡斯一起发现了空气中的氦、氖、氪和氙。就在这同一年里,一位法国女科学家玛丽&;#183;居里不仅发现了钍也有放射性,而且在沥青铀矿里还发现了两种放射性更强的新的放射性元素——钋和镭。
1899年,另一位法国化学家德比尔纳发现了又一种新的放射性元素——锕。
几年之内,新发现了一批放射性元素——钋、镭、锕。对这些放射性元素的研究,又引起了新的发现。
居里夫妇在研究镭的时候发现:镭和空气接触以后,镭拿走了,可是留下的空气还有放射性,好像被镭传染了似的。1900年,德国科学家多恩研究了这个奇怪的现象,发现原来是镭在连续不断地放出一种气体,这种气体也有放射性,这种放射性气体被叫做“镭射气”。
差不多在同时,英国物理学家卢瑟福发现钍也会发出一种放射性气体,后来又发现锕也会发出一种放射性气体。这两种气体分别被叫做“钍射气”和“锕射气”。
这些放射性气体又是什么样的物质呢?
镭射气
1903年,卢瑟福和另一位化学家索地一起,详细地研究了镭射气。
最早,科学家利用使照相底片感光的办法来检查物质的放射性,后来就发明了另一种方法——利用荧光物质。有一些矿石(如硅锌矿)和一些化合物(如硫化锌),碰到了看不见的射线就会闪烁发光。所以,如果硅锌矿或硫化锌在闪烁发光,那就说明一定有放射性物质存在。
卢瑟福和索地在一根两端有活塞的玻璃管里装上一些硅锌矿粒。他们把吹过镭的表面的空气通到这根玻璃管里去,然后关闭玻璃管两端的活塞。把玻璃管拿进黑屋子里去,就看到硅锌矿在闪闪发光,亮得可以照清楚报纸上的大标题。只要把玻璃管中的气体抽掉,硅锌矿立刻不再发光了。这说明被空气带到玻璃管中的镭射气是放射性气体。
为了研究这种气体,卢瑟福和索地在这玻璃管后面接上一个U形管,U形管后面又接上一个圆底烧瓶,圆底烧瓶的壁上涂有硫化锌。他们把U形玻璃管浸到液态空气里,然后把含有镭射气的空气不断吹进去。这时候,装有硅锌矿粒的管子闪闪发光,而涂有硫化锌的烧瓶并不发光。不过,只要把U形管从液态空气中拿出来,过了一会,烧瓶壁上的硫化锌也开始发光了。
这个实验说明:液态空气可以使镭射气变成液体,因而流不到涂硫化锌的烧瓶里去。
更有趣的是把镭射气封在装有硅锌矿粒的玻璃管里,一开始发光很强,几天以后,光就减弱了,过了一个月左右,就完全不发光了。看来镭射气会慢慢地消失。
镭射气消失了,它变成了什么呢?
氦的诞生
为了解决镭射气变成了什么的问题,卢瑟福和索地决定去请教研究气体的专家拉姆赛。
卢瑟福和索地把尽可能多的用液态空气冻下来的镭射气封在管子里。索地带上这管镭射气,就去找拉姆赛。
拉姆赛热情地接待了索地,立刻和他一起研究镭射气。这是1903年春天的事。
镭射气被充到放电管中,通电后发出淡蓝色的光辉。拉姆赛和索地用分光镜观察镭射气的光谱。他们发现了三条新的谱线。镭射气原来是一种新的气体元素。这时候,在光谱里没有看见别的谱线。
两天以后,他们又检查这个充有镭射气的放电管的光谱。三条新的诺线还在老地方,只是比两大前减弱了;但是,出现了一条新的谱线,是黄色的。拉姆赛立刻认出来,这是他的老朋友——氦的谱线。
放电管是封死的,外面不会有气体跑进去。结论只有一个:镭射气变成了氦。
又过了两天,再把放电管通电。这时候,管子发出的已经是黄光,而不是淡蓝色的光了。氦的谱线更强了,而镭射气的谱线更弱了。
氦在拉姆赛和索地的眼前诞生了!
人们第四次发现了氦。
接下去,拉姆赛仔细地研究了镭射气的性质,证明它和氦、氖、氩、氪、氙一样,也是惰性气体。后来给它另起一个名字叫做radon(拉丁文“射线”的意思)——我国译作“氡”。
拉姆赛为了测定氡气的密度,设计了一个极为灵敏的天平,灵敏度达到0。000000005克!他称量了0。1立方毫米(仅仅有一个针眼大小)的氧气,测得它的密度是氢气的111倍,是最重的气体。
科学家们用同样的方法去研究锕射气和针射气,结果和镭射气一样,这两种射气也是氡,也在不断地变成氦。
地质学家的时钟
氧是放射性气体元素,它不断地产生氦气。铀是不产生射气的,它会不会也不断地产生氦气呢?应该做一下试验。
索地把一些含铀的物质放在大烧瓶里,把烧瓶里的空气抽掉,把瓶口封死。过了一年,索地打开烧瓶,取出瓶内的气体作光谱分析。果然,气体的光谱中出现了氦的诺线。虽然氦气的量不多,但是证明了铀也在产生氦气。
原来,从放射性元素放出来的看不见的射线,可以分为α、β和γ三种射线。其中的α射线,实际上就是无数的失掉了电子的氦原子。
为什么铀矿和钍矿中会有氦气呢?这些氦气正是放射性元素铀和钍产生的。
索地又在大烧瓶中装了1000克铀。一年之后,他从烧瓶中得到了0。1立方毫米的氦气。这个气泡只有——0。00000002克重。铀产生氦气的速度是非常慢的,一吨铀每年也只能产生0。00002克的氦气。
为什么钇铀矿和其他的放射性矿物中,含有许多氦气呢?
卢瑟福研究了这个问题,产生了这样一个想法:钇铀矿里含的氦气多,说明这矿石的历史长久。每年只产生一点点氦气,经过几百万、几千万、甚至几亿年,积累起来就多了。只要我们分析一下铀矿中现在有多少氦气,还剩下多少铀,又知道铀生成氦气的速度,就可以算出这块矿石是多少年前生成的了。
这方法真是妙极了!氦成了地质学家研究矿石年龄的“时钟”。这是1904年卢瑟福提出来的。
在此以前,人们很难知道矿物和岩石的年龄有多大,因为岩石是不会自己说话的。虽然有各种各样的估计,但是都非常不可靠。利用了放射性方法,岩石自己说话了。
你要知道某一个地方的煤是什么时候生成的吗?那只要在生成那种煤的地层中找出一种放射性矿物就行了。英国物理学家斯特莱特选了一块赤铁矿,经过分析,这块赤铁矿中有铀,也有少量氦气,每1克怕就大约有20立方厘米的氦气。已经知道,每1克铀一年能产生0。0000001立方厘米的氦,那么要多少年才能生成20立方厘米的氦呢?这很容易算,要2亿年。
既然这块赤铁矿是2亿年前形成的,当然,那里的煤层也是2亿年前形成的。
斯特莱特用这个方法测定了许多种矿石的年龄,但是工作并不是没有困难的。
氦是气体,如果岩石不很致密,有裂缝,生成的氦气就会跑掉。在这种情况下,测定的数值就不会准确了。
卢瑟福的学生波特伍德发现,铀在连续放出氦以后,最后变成没有放射性的铅。铅不是气体,不会从岩石的裂缝中跑