资料来源:电子数据处理科学出版社
1906年夏天,一场关于如何计算太阳年龄的理论辩论在英国《泰晤士报》发起。这个问题与镭的存在和放射性衰变理论密切相关,各行各业的名人都参与其中。当时,著名的英国数学物理学家开尔文勋爵坚持认为镭不是真正的元素,而是由铅和五个氦原子组成的化合物。居里夫人不赞成这一点,但她不想卷入报纸上的这场辩论。事实是最好的判断,只有自己的实验结果才能打消开尔文勋爵的疑虑。
1907年,居里夫人提炼了400毫克氯化镭,并再次更精确地测定了镭的原子量。她在《电子数据处理科学》的前身《镭》中发表了一篇关于镭的原子量的论文。1902年,我用90毫克氯化镭测量了镭的原子量。现在,在我多次处理矿石后,已经获得了数百毫克相对纯净的镭盐。纯化后,得到400毫克纯镭盐。这样,在更好的条件下,我重新测量了镭的原子量。有了这个证据,她终于更有力地证明了“镭是一种新元素”。
1902年,居里夫人以0.09克氯化镭为实验材料,初步测定了镭的原子量。更精确的测量由她在EDP Sciences 《镭》 (LeRadium)的前身于1907年出版的这份里程碑式的经典文件中发表,它解释了EDP Sciences在世界科学出版史上的重要地位。
首先,提出改进氯化镭的提纯工艺可以大大提高最终实验结果的准确性。提纯过程采用盐酸水溶液的分步结晶法和乙醇水溶液的分步沉淀法,在法国化学家马德凯的帮助下,通过观察其产物的火花光谱来实现对分步提纯过程的控制。在提纯过程中共同产生的钡盐具有与镭盐相似的光谱波长(4554.4埃和4533.5埃),因此很难完全除去钡盐以获得相对纯的镭。然而,在居里夫人的最终纯化产物中,4554.4埃钡的特征谱线几乎是不可见的,这证明最终获得的镭具有高纯度。
接下来,论文讨论了提取过程中的另一个挑战。氯化镭溶液的溶剂蒸发后,剩余的固体物质不能完全溶解在水中。氯化镭本身在水中有很高的溶解度,残留物证明其纯度不够。居里夫人从溶液中残留的少量硫酸中找到了线索:剩余的不溶性固体可能是硫化镭。因此,再次蒸馏或纯化所有试剂,并将实验容器全部改为铂(在结晶过程中存在盐酸,其在加热后与铂反应),除了最终结晶的反应皿由陶瓷制成。最后,所有固体都溶解在水溶液中。
实际测量中使用了居里天平,准确度可达0.1毫克。同时,在测量过程中需要干燥剂,因为氯化镭在空气中容易受潮。
原子量最终通过比较氯化银和氯化镭的质量来测量。众所周知,镭的氯化物是二价的,银和氯的原子量分别是107.8和35.4。通过三个连续的实验,可以得出镭的原子量约为226。
同时,本文列出了样品中含钡盐的对照组。当加入少量钡盐时,原子量的变化很小,但钡光谱波长处的强度大大提高。这直接表明镭盐的纯度很高。同时,对以往镭原子量测定中产生误差的因素进行了简要分析,确定镭样品中钡盐杂质应在0.1%以下。
最后得出镭的原子量为226.2,误差小于0.5的结论。作为元素的基本特征,原子量的准确测定为镭和放射性的研究奠定了重要基础。