元素帝国女功臣

◆本刊综合

化学元素周期表已经150岁高龄，为了给它“庆生”，联合国教科文组织将今年定为“国际化学元素周期表年”。

何为化学元素周期表？化学元素周期表是根据原子序数从小到大排序的化学元素列表，特性相近的元素被归于同一族中。看完这个解释，没有学过化学的同学或许还是不懂，但对化学元素周期表中的某些成员应该比较熟悉，比如氧、氟、铝、钙 、铁、铜、锌等。

告诉你们，化学元素周期表这个“元素帝国”队伍还在不断壮大，成员越来越多。如今，“元素帝国”中有118个元素，每个元素都有自己的故事，而演绎这些故事的功臣们用其义无反顾的精神书写了一部迂回曲折、荡气回肠的元素发现史。这些功臣中不乏女科学家，她们是闪耀化学领域的“玫瑰花”！

玛丽·居里

玛丽·居里通常被人们称为居里夫人，是波兰裔法国籍女物理学家、放射化学家。1898年，她和丈夫皮埃尔一起发现了84号元素钋(Po)和88号元素镭(Ra)。

物理学家贝克勒尔发现贝克勒尔射线后，居里夫人决定对铀射线进行深入研究。她觉得铀不是唯一能发出射线的化学元素，于是对元素周期表中的元素逐一进行测定，结果发现一种钍元素的化合物也能发出射线，这种射线与铀射线相似。居里夫人认识到，能发出射线不只是铀的特性，必须给它取一个新名称，她提议叫“放射性”，而铀、钍等具有特殊“放射”功能的物质就叫做“放射性元素”。

矿物是否有放射性？在皮埃尔的帮助下，居里夫人测定了收集到的所有矿物，发现一种沥青铀矿的放射性强度比预计的大很多。经过认真研究，她认为不能以这些沥青铀矿中铀和钍的含量来解释观察到的放射性强度，推测沥青铀矿中还含有一种放射性很强的新元素。她要找到它！

居里夫人和皮埃尔一起探索未知元素，他们在潮湿的工作室里合力攻关。1898年7月，他们宣布发现了这种新元素，它的放射性比铀强400倍。为了纪念祖国波兰，居里夫人将这种新元素命名为“钋”。同年12月，居里夫妇又宣布发现了一种放射性元素，这种元素的放射性比钋还强，被命名为“镭”。

当时很多科学家不相信居里夫妇，认为他们只是提出了假设。按照化学界的传统，科学家在宣布发现新元素的时候必须拿出实物，并精确测定出它的原子量，而居里夫妇的报告中没有钋和镭的原子量，手头也没有样品。

居里夫妇决定拿实物来证明。提炼钋和镭元素需要足够的沥青铀矿，而当时这种矿很稀少，价格又很昂贵，他们根本无法得到。这件事传到奥地利后，奥地利政府赠送了他们1吨已提取过铀的沥青矿残渣，他们这才开始提取镭的实验。

居里夫人每次把20多千克沥青矿残渣倒入冶炼锅中熔化，连续几个小时不停地用一根粗大的铁棍搅动沸腾的材料，然后从中提取质量仅占沥青矿残渣百万分之一的镭化合物。经过3年多的艰苦工作，居里夫妇终于在1902年提炼出了0.1克氯化镭，并初步测定出镭的原子量。当时，他们也试图分离钋，但着实困难。

1903年，居里夫妇和贝克勒尔因发现放射性而共同获得诺贝尔物理学奖。1911年，居里夫人因发现镭和钋并成功对镭进行分离和研究而再次获得诺贝尔奖，她是第一个获得两项诺贝尔奖的人，也是第一位获得诺贝尔奖的女性。

居里夫人是放射性现象研究的先驱，她对放射性进行广泛研究，并率先将放射性同位素应用于癌症治疗。

当时，她做出了一个决定：不申请镭处理方法和医疗应用的专利，给出的理由是“我们都认为获取经济利益违反了我们的纯粹研究观念”。由于过度暴露于放射性物质，她最终死于再生障碍性贫血。

莉莎·迈特纳

莉莎·迈特纳是德国物理学家。在迈特纳生活的那个时代，女性是不允许参与科学研究的，她作为一名犹太女性，投身科学研究更需要勇气。

1907年秋天，迈特纳获得物理学博士学位。出于强烈的求知欲，她从维也纳来到柏林，进入放射化学家奥托·哈恩所在的柏林研究所工作。值得一提的是，当时这个研究所不准许妇女进入里面工作，只因著名科学家、柏林大学化学教授埃米尔·菲舍尔慧眼识才，她才被安排在装满辐射检测仪器的楼外木结构工作间里，进出只能走外面的大门。才工作不久，迈特纳就以哈恩助手的名义与哈恩一起发表了若干篇论文。

化学大师门捷列夫曾预言91号元素镤（Pa）的存在，1913年，美国科学家法詹斯等人发现了镤的同位素234Pa，234Pa是天然存在的238U衰变系列的短命成员，半衰期约为1.17分钟。1918年，迈特纳和哈恩所在的研究小组以及英国的一个研究小组各自发现了镤的另一种同位素231Pa，231Pa是最稳定的同位素，半衰期约为32 760年。迈特纳所在的研究小组还发现了其他几种放射性同位素。

镤在放射衰变过程中产生锕，是锕的“祖先”。这种元素主要存在于沥青铀矿中，在地壳中的浓度为万亿分之几。1927年，科学家只分离出2毫克镤，主要用于研究实验。

1938年，哈恩发现铀原子经过中子的轰击会产生分裂，此后，迈特纳计算出反应过程中所释放的能量，并将这种现象命名为“核裂变”。这一发现为后来的原子弹以及核能的和平利用提供了理论基础。

在美国，人们尊称迈特纳为“原子弹之母”。其实，迈特纳与原子弹没有直接关系，甚至她还拒绝参与曼哈顿计划，曼哈顿计划是第二次世界大战期间由美国陆军部实施的一项原子弹研制计划，是为第二次世界大战的胜利服务的一项军事工程。迈特纳对于自己的研究成果被用于军事领域有着复杂的感受，总是后悔自己为原子弹诞生提供了科研成果。

1944年，哈恩因发现核裂变而获得诺贝尔化学奖，遗憾的是，迈特纳完全被忽视了。有人认为，这是诺贝尔委员会有史以来最大的疏忽，也是诺贝尔委员会忽视女性科学成就的一个例证。

1966年以后，在原子物理领域工作了60年的迈特纳真正受到了世界的关注。她曾在联合国原子能委员会任职，并获得了无数荣誉奖章。在瑞典，她还帮助建设了和平时期的第一批核反应堆。

一直关注迈特纳的爱因斯坦称她为“德国的玛丽·居里”。为了纪念她在元素化学方面做出的贡献，109号化学元素钅麦（Mt）以她的名字命名。

伊达.塔克

伊达·塔克是德国化学家，擅长分析化学，对元素周期表有深入的研究。

20世纪初，钨丝灯刚被发明出来时，敏锐的商人们就从中嗅到了商机：既然74号元素钨具有良好的性质，那么紧随其后的75号元素的熔点可能比钨更高，用它或许可以制造更耐高温的电气设备。然而遗憾的是，当时没有人见过它的真面目。

有需求就有动力，一时间，众多科学家前仆后继，试图揭开75号元素的神秘面纱。1922年，伊达·塔克和沃尔特·诺达克加入到寻找它的大军中。那时，塔克年仅26岁，一年前获得博士学位，是个不折不扣的女学霸。她是德国第一位在大学担任教职的女化学家，曾3次获得诺贝尔化学奖提名。

门捷列夫在设计元素周期表时认为与锰同族的75号元素必定是锰的类似物。塔克和诺达克几乎搜罗了当时所有关于发现锰的类似物的论文，并根据元素周期律推测75号元素的性质，之后，他们找光谱学家伯格帮忙，三人从世界各地收集了铂矿、软锰矿、铌铁矿、辉钼矿等1000多种矿石，在实验室中堆出了一座小山。

研究过程十分枯燥，他们每天的任务就是从小山上取几块矿石观测其X射线光谱，然后将观测结果与英国物理学家莫塞莱推算的75号元素的X射线波长作比较。1925年5月，他们终于对外宣布从铂矿和铌铁矿中发现了75号元素的踪迹。

在几年的朝夕相处中，塔克和诺达克从同事发展为伴侣。由于塔克出生在莱茵河畔，诺达克便以莱茵河的名字将75号元素命名为“铼(Re)”。

1926年，塔克和诺达克结婚，名字改为伊达·诺达克。不久，他们又踏上了提取铼元素的征程。两年间，他们走遍欧洲各地，搜集了钽铁矿、钠长石矿、辉钼矿等形形色色的矿石，最后从几百千克矿石中提取出了120毫克铼。

铼为银白色金属，非常坚硬，具有很好的耐磨损性和耐腐蚀性，熔点很高，因此被广泛用作质谱计和离子测量仪的灯丝，也用作电接触材料和热电偶材料。

玛格丽特·佩里

玛格丽特·佩里是法国物理学家，19岁时担任居里夫人的助理，得到了居里夫人的悉心指导。很快，佩里就学会了放射性元素的分离和纯化。

在居里研究所，佩里的工作是从铀矿中提取锕，以供居里夫人研究元素的衰变用。这样枯燥的工作，她一干就是十年。

居里夫人逝世后，佩里继续进行锕的放射性衰变研究。1939年，她在研究锕的放射性衰变时发现了一个有趣的现象，那就是在衰变反应中形成的元素混合物中有一种她不认识的物质，她决定找出这种物质来一探究竟。

最终佩里发现了这种陌生的物质，并证明其是一种新的化学元素，这种元素的原子序数为87。佩里为了纪念祖国法国，将这种元素命名为“钫（Fr）”。

钫天然存在于铀矿中，是地壳中第二稀有元素。在所得的钫中，233Fr是相对稳定的同位素，但半衰期只有22分钟，所以在自然界很难找到它。

1950年，佩里获得法国科学院王尔德奖。10年后，她获得法国皇家科学院奖、巴黎科学大奖等多个奖项。1962年，她当选法国科学院院士，是法国科学院选入的第一位女院士。

佩里发现了钫，并希望能用它来诊断癌症，但她却深受其害，不幸患上了骨癌，于1975年去世。看来，对于从事辐射工作的科学家来说，采取有效的安全防护措施是十分必要的。

道恩.肖内西

道恩·肖内西是劳伦斯·利弗莫尔国家实验室重元素小组的首席研究员，担任实验核和放射化学小组组长。她领导的团队致力于发现超重元素，因此她被誉为当代女性“炼金术士”。

超重元素是原子核为超重核的元素，它们只能在实验室中合成，而且合成的难度很大。人工合成的极少数超重元素寿命在秒到微秒量级，其科学意义远大于实用意义，比如它们能够帮助我们揭示元素的起源，并回答元素存在的极限等问题。

肖内西原本想当医生，然而化学的魅力深深地吸引了她。1993年，她获得加州大学伯克利分校化学学士学位，2000年获得博士学位，后来进入劳伦斯·利弗莫尔国家实验室工作。她惊叹核化学真是太神奇了，简直就像“炼金术”一样，可以制造出新的原子。116号元素就是她的团队发现的，被命名为“Livermorium”，以纪念发现地之一的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室。2012年，国际纯粹与应用化学联合会正式宣布将这种新元素添加到元素周期表中，2013年7月命名其中文名为“鉝”。

2015年，国际纯粹与应用化学联合会批准在元素周期表中添加4个新元素，其中3个新元素是由肖内西领导的研究小组与俄罗斯核反应实验室合作合成的，这3个新元素为115号元素Mc、117号元素Ts和118 号元素Og。2017年5月9日，中国科学院、国家语言文字工作委员会、全国科技名词委员会联合公布了4个新元素的中文名。

除了她们，在探索元素的道路上还有其他女性的身影，比如，俄罗斯化学家朱莉娅·勒蒙托娃完善铂族金属的分离过程；美国化学家达莲娜·霍夫曼证明同位素镄-257可以自发裂变，在自然界中发现了钚-244；法国化学家亨利·莫瓦桑分离出了氟。让我们向这些伟大的女科学家们致敬！