第684章 超铀风波！镧锕二系！各显神通！另辟蹊径！居里夫人的biji

   第684章 超铀风波！镧锕二系！各显神通！另辟蹊径！居里夫人的biji
  法国，镭学研究所。

  伊蕾娜夫妇正在进行超铀元素的研究。

  这个实验是典型的物理和化学结合实验。

  用中子轰击铀元素是物理过程，但分离核反应产物是化学过程。

  得益于量子力学的诞生，如今的化学取得了突飞猛进的发展。

  其中最重要的突破就是，化学家们对于元素周期表上的元素有了更深刻的理解。

  那就是只需要通过研究核外电子的排布规律，就能从理论上预测该元素的性质。

  这在以前是不可想象的事情。

  比如氯气有毒，极其活泼，这是因为氯原子有极强的氧化能力。

  所谓氧化能力就是指“夺取电子”难易程度的能力。

  一个元素越容易从外界夺到电子，则它的氧化能力越强。

  但是为什么氯有氧化能力，而且它的氧化能力比氧还强呢？
  有了核外电子排布理论后，就可以解释了。

  氯原子的最外层有7个电子，而氧原子的最外层有6个电子。

  而原子都有想保持核外电子稳定状态的趋势，8个电子就是一种稳定状态。

  因此，氯原子夺取电子的能力就比氧更强。

  所以，氯原子的氧化能力更强。

  按照这种理论，化学家们对元素周期表的所有元素进行系统的分析。

  他们发现了一个奇怪的现象。

  在元素周期表中，从57号元素【镧】到71号元素【镥】，这15种元素，它们的核外电子排布虽然存在细微的差别，但是其化学性质却极其相似。

  因此，化学家们把这些元素单独组成一个系列，占据元素周期表中的同一个位置。

  这就是大名鼎鼎的【镧系元素】。

  包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。

  乍一看，好像很陌生。

  但它们还有另外一个大家很熟悉的名称：稀土元素。

  镧系元素都是稀土元素的成员，它们在高精尖领域，尤其是国防、电子、新能源等方向，有非常非常重要的作用。

  国家对稀土元素的交易是严格管制的。

  稀土元素之所以珍贵，一方面是这些元素在地壳中的分布极其分散而且含量很少。

  另一方面则是分离提纯的难度非常大。

  因为它们的化学性质非常类似，常规方法很难分离。

  除了镧系元素外，化学家们又发现了一组类似的元素组，那就是【锕系元素】。

  目前的锕系元素只有4种，分别是：锕、钍、镤、铀。

  而在后世，完整的锕系元素同样有15种，从89号元素【锕】一直到103号元素【铹】。

  包括：锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹。

  前面说过，锕系元素中，前6种元素都是宇宙中天然存在的，后面的则是人工合成的元素。

  当费米发现超铀元素后，化学家们类比镧系元素，很自然地就联想到，93号和94号超铀元素肯定也属于锕系元素。

  因此，超铀元素的化学性质和锕、钍、镤、铀的性质应该是类似的。

  这就导致分离非常困难，哪怕是顶尖化学家也不敢保证。

  也许忙活一两年都是无用功。

  所以大家都很理解费米没有真正提纯出超铀元素就发表论文。

  从超铀元素提出到现在，已经过去了大半年，研究者们也提出了几个可行的分离方法。

  第一个方法是“萃取法”。

  该方法是利用元素在两种互不相容的溶剂中的溶解度不同，从而达到分离的目的。

  比如假设反应产物是糖和脂肪，那么就可以将其置于油和水的混合溶液中，然后静置等待水油分层。

  这时，糖溶解在水中，而脂肪溶解在油中，于是两个产物就被分离了。

  然后，再通过其它办法将糖从水中，脂肪从油中取出来。

  第二个方法是“沉淀法”。

  顾名思义，就是想办法将溶解在溶剂中的超铀元素变成沉淀物分离出来。

  比如在氯化钙溶液中加入碳酸钠，那么钙元素就以碳酸钙的形式沉淀下来，就可以分离了。

  第三个方法是“离子交换法”，也称“吸附法”。

  有些特殊的物质，比如树脂，对于重金属离子有很强的吸附性。

  这种吸附性来自于树脂的分子结构很特殊，需要一个特定的金属离子才能保持稳定。

  因此，树脂会吸附重金属离子，交换出本身携带的原子。

  当然，除了以上三种方法，还有一些稀奇古怪的方法，化学的特点就是变化复杂。

  没有哪个是绝对最好的。

  但无论哪种方法，都要面对锕系元素性质相似这个难题。

  比如，在萃取法中，也许超铀元素和铀元素会溶解在同一个溶剂中，比如都溶解在水中，萃取法就失效了。

  但相似毕竟不是相同，总归还是有一点差异的。

  也许超铀元素能极少量溶解在油中。

  因此，这个方法需要水磨工夫，且非常考验实验者的耐心。

  更重要的是，中子轰击铀的产物中，不仅有铀和超铀元素，还可能有从82号元素【铅】到91号元素【镤】这些核裂变元素。

  总之，要想单独分离出超铀元素，极其复杂和困难。

  此刻，伊蕾娜和约里奥夫妇要做的事情，就是想办法从产物中将超铀元素分离出来，哪怕只分离出一点点也行。

  可惜，他们又一次失败了。

  约里奥挠了挠头，苦笑道：
  “怪不得费米教授那么纠结，分离超铀元素确实太难了。”

  “已经过去这么长时间了，也没有人发表相关论文。”

  伊蕾娜没有回话，自从婆罗洲回来之后，她变得更加成熟稳重。

  她忽然说道：
  “能不能不化学分离，直接测量产物呢？”

  哈？
  约里奥一惊。

  “要怎么测量？”

  伊蕾娜回道：
  “锕系元素都具有天然放射性，因此超铀元素也应该有放射性。”

  “如果我们能测量出半衰期和现有元素的半衰期都不同，那岂不是能说明是一种新元素？”

  哗！
  约里奥闻言，恍然大悟！
  “这个办法好啊！”

  “测量半衰期可比化学分离简单多了。”

  夫妻俩说干就干。

  很快，他们就得出了结果。

  然而，这个结果却有点奇怪。

  约里奥看着手中的数据，喃喃道：
  “半衰期3.5小时的新元素”

  “这看起来怎么有点像是90号元素【钍】的同位素啊。”

  “难道产物不是超铀元素，而是钍？”

  由于目前大家使用的都是天然放射性源产生的中子轰击流。

  所以各个研究团队的中子数量、速度等性质都不一样。

  甚至同一团队的前后两次实验都有可能不一样，因为撞击过程本身是不可控的。

  这就导致，每次的实验结果都是全新的，没有什么参考性。

  约里奥被自己的猜测吓到了。

  作为镭学研究所的成员，他对于各放射性元素的性质了如指掌。

  每种元素的半衰期都是不同的。

  因此，如果出现了相同的半衰期，那么大概率就是同一种元素。

  按照玻尔的液滴模型，中子应该很难撞开铀原子核，生成钍元素。      但是现在，半衰期显示，他们真的检测到了钍元素。

  这说明，中子从铀原子核中，轰击出了两个质子，所以92号的铀就变成了90号的钍。

  伊蕾娜也惊喜万分。

  她虽然相信玻尔的模型，但同样相信自己的结果。

  现在两者冲突，说明必有一个是错误的。

  至于超铀元素，伊蕾娜依然相信其存在。

  只不过这次实验没有产生而已。

  于是，她说道：

  “我们还是先把结果整理成论文发表吧。”

  “至于理论，还是让玻尔他们去头疼吧。”

  约里奥会心一笑。

  他们是实验物理学家，只负责发现新现象，如何解释，就交给理论物理学家吧。

  于是，二人的论文很快就在核物理专业期刊上发表了。

  文章一出，顿时引起核物理领域大佬们的重视。

  丹麦。

  玻尔看到论文后，第一时间是不相信。

  他的液滴模型是经过了严格的理论推导才得出的。

  不过，他也很相信伊蕾娜，对方的实验能力毋庸置疑。

  “难道我的模型还有需要改善的地方？”

  意大利。

  费米看完论文后，眉头微皱。

  自从第五届布鲁斯会议结束，他从婆罗洲返回意大利后，就处于一种紧张的状态。

  因为他在国内受到的荣誉实在太多了。

  整个国家所有人都把他看成了英雄。

  费米不敢想象，要是自己的超铀元素是个乌龙，那将多么尴尬。

  他恐怕只有找马里亚纳海沟钻进去了。

  而且，他回国之后，就已经有不少化学大佬公开反对超铀元素了。

  几乎都是在质疑他的证据不充分。

  但同样的，那些反对派也拿不出充分的反对证据。

  中子轰击铀的实验每次都有区别，伊蕾娜的结果同样也不能否定超铀元素。

  费米毕竟也擅长理论。

  他想着：

  “如果液滴模型是错的呢？”

  “那么中子确实有可能撞击出碎片。”

  “只能说，一切皆有可能。”

  德国。

  哈恩看到伊蕾娜夫妇的论文后，大吃一惊。

  这与费米的超铀元素结果截然不同。

  哈恩感慨道：
  “没想到伊蕾娜竟然会用物理方法去检测产物。”

  这一世，伊蕾娜作为李奇维的高徒，哈恩可不敢私下诋毁，看不起对方。

  要是被人传出去，他在学术界恐怕就没地方混了。

  迈特纳对此倒没有太大反应。

  “这个结果不能说明任何问题。”

  “也许超铀元素的半衰期本来就和钍一样。”

  “哈恩，我们要加快进度了。”

  “我们相比小居里夫妇还是很有优势的。”

  哈恩点点头。

  分离元素本来就是化学的领域，而他所在化学研究所就是德国最顶级的之一。

  所以，他很有自信。

  伊蕾娜发表的论文，让原本就火热的超铀元素更加沸腾了。

  有人希望为真，有人希望为假，还有人就是抱着看戏的态度。

  而伊蕾娜本人并没有满足自己的发现。

  她知道自己只是取了个巧，要想真正研究超铀元素，还必须搞分离。

  这一天下午休息，伊蕾娜躺在椅子上，阅读母亲居里夫人的笔记。

  突然，她看到了母亲当初发现镭的过程，顿时灵光一闪。

  伊蕾娜惊讶地说道：

  “天啊！”

  “我怎么忘了这个！”

  旁边的约里奥连忙问道：

  “怎么了？”

  伊蕾娜笑问道：

  “你知道我母亲当初是怎么提纯镭元素的吗？”

  作为居里夫人学专家，约里奥对居里夫人的各种事迹简直如数家珍。

  “当然了！”

  “镭元素是以硫酸盐的形式存在。”

  “夫人当初将硫酸镭溶液与固体硫酸钡混合，通过调整溶液的酸碱度pH值，使得镭和钡形成共沉淀。”

  “所谓共沉淀，就是指两种元素在特定的环境下，能同时沉淀。”

  “然后再将镭钡沉淀物溶解在氢氧化钠溶液中，利用离子交换法，进一步分离出镭。”

  “最后，再通过电解的方式，得到高纯度的镭。”

  “整个过程极其繁琐，而且镭的溶解度有限，每次只能提纯一小点。”

  这就是当初镭元素为何那么珍贵的原因。

  居里夫人从几千吨的矿石中，靠着这套繁琐的实验流程，奋斗了无数个日日夜夜，才最终提纯了几克。

  最后，她还毫无保留的捐了出去。

  伊蕾娜听的如痴如醉。

  这很有意思，她明明是居里夫人的女儿，却总喜欢听别人讲自己母亲的故事。

  约里奥刚一说完，忽然想到了什么。

  “哦，我明白了！”

  “你的意思是考虑用共沉淀法？”

  伊蕾娜说道：
  “没错！”

  “钡和镭能形成共沉淀，是因为他们在元素周期表的同一列，钡在镭正上方。”

  “而镧系元素又在锕系元素的正上方，或许镧元素和锕元素也能形成共沉淀。”

  哗！
  约里奥茅塞顿开。

  “真是天才的想法！”

  共沉淀法也属于沉淀法的一种，但显然更加高明，至少不用绞尽脑汁选择什么沉淀剂。

  如果真的有超铀元素，那就有可能被镧元素共沉淀出来，到时候再分析就简单了。

  而这一次，他们的发现将引起超铀研究领域的巨大风暴！
  (本章完)