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发信人: emacs (In the Name of Love), 信区: Science
标  题: 元素·周期表·原子序数
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月03日12:48:46 星期六), 站内信件



　　　　　　        原子序数

          
　　

　　随着伦琴发现了X射线之后，周期表的历史展开了新的纪元。
1911年，英国物理学家巴克拉发现，当X射线受到一块金属散射
时，散射光有一定的穿透力，其大小随金属而有所不同。换句话
说，每种元素可产生特征X射线。由于这项发现，巴克拉获得了
1917年的诺贝尔物理学奖。

　　然而，X射线究竟是微小的质点束，还是像光一样的波状辐
射，仍然是一个悬而未决的问题。有一种鉴定方法就是看X射线
是否能借助含有一系列细线的衍射光栅而衍射（即改变射线方
向）。要想得到适当的衍射，这些细线的间距必须大致与辐射线
的波长大小相等。目前最密的人工衍射光栅，一般光线刚好适用，
但是由X射线的穿透力得知，若X射线像波一样，则其波长一定远
小于一般光线。因此一般的衍射光栅不能使X射线产生衍射。

　　当时德国物理学家劳厄想到，晶体是远比人工光栅更细小的
天然光栅。晶体是一种几何形状整齐的固体，而在固体平面之间
有一定的特定角度，并且有特定的对称性。这种规律是构成晶体
结构的原子有次序地排列的结果。有理由认为，一层原子和另一
层原子之间的距离大约是X射线波长的大小。如果这样，晶体会
使X射线衍射。

　　劳厄做实验发现，X射线通过晶体时确实会产生衍射，而且
在照相底片上形成一种图案，显示它们具有波的性质。同一年间，
英国物理学家W．L．布喇格和他的父亲W．H．布喇格研究出计算
衍射图案上各种X射线波长的方法。反过来，X射线衍射图案最后
用来决定使X射线衍射的原子层的确切方向。这样一来，X射线便
打开了了解晶体原子结构新知识的大门。由于在X射线方面的研
究，劳厄终于获得1914年的诺贝尔物理学奖，而布喇格父子则在
1915年同享该奖。

　　1914年，年轻的英国物理学家莫塞莱测定出由不同金属产生
的特征X射线的波长，并且发现周期表中各元素的波长随周期表
中的排列顺序有规则地递减。

　　这使每个元素在周期表上有了固定的位置。假定在周期表上
位置邻近的两个元素，其所得X射线波长相差了某一期待值的2倍，
那么它们之间一定有一个属于未知元素的空位。

　　如果差3倍的话，一定缺两个元素。换句话说，如果两个元
素的特征X射线波长相差正好为期待值，则我们可确定它们之间
没有缺少元素。

　　这样就可能给出元素的确定数目了。在这以前，常有某个新
发现的元素打破这种序列，但是到了现在，就不会再有未预计到
的空位了。

　　化学家把元素从1（氢）排到92（铀）。发现这些原子序数
与原子的内部构造有相当重要的关系（见第七章），而且重要性
超过原子量。例如，由X射线资料证明，门捷列夫不管碲的原子
量比较高而硬把碲（原子序数定为52）排在碘（原子序数53）的
前面，这种做法是正确的。

　　莫塞莱的新系统几乎立即就显出其价值。法国化学家欧本在
发现镥（以“巴黎”的古拉丁名字命名）不久之后，他又宣称发
现另一个元素，称之为“ Celtium”。根据莫塞莱的体系，镥是
71号，Celtium应该是72号。但是当莫塞莱分析Celtium的特征X
射线时，发现它本来就是镥。直到1923年，丹麦物理学家科斯特
和化学家赫维西才在哥本哈根实验室里发现了原子序数为72的元
素，命名为铪（源于“哥本哈根”的拉丁名字）。

　　莫塞莱测定法的准确度获得证实之时，他已不在人世了；他
1915年死于战火之中，享年28岁——莫塞莱无疑是第一次世界大
战中丧生的最有价值的人之一。或许因为他的早亡，莫塞莱失去
了获得诺贝尔奖的机会。瑞典物理学家西格班扩大了莫塞莱的研
究，结果发现新的X射线系列，并且很精确地定出各种元素的X射
线光谱，因此获得了1924年的诺贝尔物理学奖。

　　1925年，德国的3位学者诺达克、塔克和帕格在周期表上填
补了另一空位。他们是经过3年对他们要寻找的这种元素的矿砂
深入地研究后才找出75号新元素的，为了表示对莱茵河的崇敬之
意，因此命名为铼。这就使周期表只剩下4个空格：元素43号、
61号、85号和 87号。

　　追踪这4个元素花了20年的时间。那时候化学家们尚不知他
们找到了最后一个稳定的元素。至于缺少的都是不稳定的元素，
在今天的地球上是很少存在的，因而除其中一个元素外都必须在
实验室中来辨认，因此大有文章。



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