来源:EDP Sciences 出版社

  1906年夏,一场关于如何计算太阳年龄的理论争辩在英国《泰晤士报》上展开,这个问题与镭元素的存在和放射性衰变理论有着密切关系,各界名流纷纷参与。当时英国著名数学物理学家开尔文勋爵坚持认为镭不是真实存在的一种元素,是一种由铅和5个氦原子组成的化合物。对此,居里夫人并不认可,却也不愿意介入报纸上的这场争论。事实是最好的裁判,唯有自己的实验结果才能消除开尔文勋爵的质疑。

  1907年,居里夫人又提炼出四百毫克的氯化镭,再次更准确地确定了镭的原子量,在EDP Sciences的前身《镭》(Le Radium)上发表了“论镭的原子量”一文。文中写道:“1902年,我是用90毫克氯化镭对镭的原子量进行测量。现在,我对矿石多次处理后又得到数百毫克相对较纯的镭盐。纯化后,获得了400毫克很纯的镭盐。这样,在更好的条件下,我对镭的原子量重新进行了测定。” 凭借这一证据,她终于更加有力的证明了“镭是一种新元素”。

  1902年,镭的原子量由居里夫人以0.09克氯化镭为实验材料初步测定。更加精确的测定则由她在1907年发表在这篇由EDP Sciences的前身《镭》(Le Radium) 出版的里程碑式的经典文献中,说明了EDP Sciences 在世界科学出版史上的重要地位。

该论文发表当期封面

  论文首先提出,改进氯化镭的提纯工艺可以大幅提高最后实验结果的准确度。提纯过程采用了盐酸水溶液的分步结晶法和酒精水溶液的分步沉淀法,分步提纯的过程的控制由观察其产物的火花光谱来实现,这部分得到了法国化学家德马凯的帮助。提纯过程中共生的钡盐有着和镭盐相似的光谱波长(4554.4埃和4533.5埃),完全去除钡盐从而获得较纯的镭比较困难,不过在居里夫人最后的提纯成品中,钡的4554.4埃的特征谱线已经几乎看不见,证明最后获得的镭纯度较高。

  论文接下来讨论了提取过程中的另一个挑战。当蒸发掉氯化镭溶液的溶剂时,剩余的固体物质并不能完全在水中溶解。氯化镭本身在水中溶解度较高,有残留物证明纯度不够。居里夫人在溶液中残余的少量硫酸中找到了线索:剩余无法溶解的固体很有可能是硫化镭。因此所有的试剂都被重新蒸馏或提纯,实验容器除了最后结晶的反应碟是陶瓷制的以外,全部更换为铂制的(结晶时有盐酸,加热后会和铂反应),最后,所有的固体都溶解在水溶液里了。

  实际的测量使用了居里天平,精度可达0.1毫克,同时测量过程需要使用干燥剂,因为氯化镭在空气中容易受潮。

  最终测量原子量时通过氯化银和氯化镭的质量比较得出。通过已知镭在其氯化物中为二价,同时银和氯的原子量分别为107.8和35.4,通过三次连续实验可以得出镭的原子量P约为226。

  这篇文章同时列举了在样品中加入钡盐的对照组。在加入少量钡盐的情况下,测定原子量变化值较小的情况下,但是钡光谱波长处强度出现巨大提升。这直接表明此次镭盐纯度较高,同时对之前镭原子量测定过程中引起误差的因素做了简要分析,并确定了镭样品中的钡盐杂质需在百分之0.1以下。

  最后,论文给出了结论,最终镭的原子量测得为226.2,误差小于0.5。原子量作为元素的基本特性,其精确测定为镭与放射性的研究奠定了重要基础。

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