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锗怎么读_蛰怎么读

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

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撰文 | 李 研

放射元素没有稳定的同位素，它们能够自发地放出粒子或射线，同时释放出能量，直至最终衰变成为稳定的元素。

说起放射元素，大家可能很容易想到制造原子弹的铀，以及居里夫人发现的钋和镭。它们和大多数放射元素一起位于元素周期表的最下面两行。然而在元素周期表中，我们也能发现一个“落单”的放射元素，那就是第43号元素锝（Tc）。

锝的原子序数不大，上下左右都是稳定元素，但它自己却为什么没有稳定的同位素？ 它又是怎样被发现的呢？

元素周期表中的放射元素。图源：https://www.epa.gov/radiation/radioactive-decay

43号元素锝（Technetium），原子量为97.9，在元素周期表中属于第5周期第ⅦB族，单质为银白色的金属。它是原子序数最小的放射元素，也是第一个人工合成的元素。

第43号元素锝曾经被科学家执着地寻找了近百年。它多次被“发现”，可后来都被证明是化学史上的乌龙事件。当它终于显露真身的时候，元素化学的历史也翻开了崭新的一页。

01

早早写进预言中的元素

43号元素很早就被门捷列夫写进了他的著名预言里。

1871年，在《俄罗斯化学会志》上发表的一篇论文中，门捷列夫预言了当时几种未知元素的存在和质，其中就包括类铝、类硼、类硅和类锰。短短十几年后，前三个元素就都被陆续发现了，它们分别是镓（Ga），钪（Sc）和锗（Ge），且质与门捷列夫的预测基本相符，从而成为了元素周期律的有力证明。然而唯独“类锰”，也就是第43号元素，却始终难觅踪迹。一直到门捷列夫辞世，也没能等到“类锰”的发现。

门捷列夫最初设计元素周期表时预言的几种未知元素，红色标记为“类锰”。图源：Wikipedia

02

一次又一次的乌龙

这个元素被预期有100左右的原子量，在化学质上非常类似锰。因为原子序数比较靠前，又有门捷列夫预言的感召，很多化学家曾试图寻找它。有些人宣称发现了这种元素，但后来被证明是子虚乌有，没有被学界认可。

例如，1908年，日本化学家小川正孝认为在方钍石（主要成分ThO）和辉钼矿（主要成分 MoS2）中发现了这种新元素。充满民族自豪感的小川正孝决定将自己新发现的43号元素称为“nipponium”， 因为传统上日本人称自己的国家为“Nippon”或是“Nihon”。

这一发现虽然当年还被《美国化学会志》报道，但由于人们后来无法重复小川正孝发现 43号元素的实验，最终也就没有被认可。值得一提的是，根据《美国化学会志》的报道，小川正孝很可能也发现了原子量为150的另一种新元素，并推断这是和43号元素同族的75号元素。只可惜这一发现并没有被包括小川正孝在内的科学界重视，甚至没有想过给这种新元素命名。

图源：参考文献2

绿色下划线部分：另一种类锰元素在属上有某种程度的相似，其原子量可能大致为150。

直到2004年，又有日本学者重新检验了小川正孝家族保留的近百年前的方钍石样品。X-射线光谱证明，该样品中不含43号元素，但确实含有75号元素。因为在1908年，75号元素铼还不为人知，所以小川正孝如果能更关注75号元素，那他本应是第一个发现人，元素周期表中可能会早早出现一个“日本素”。只可惜当时人们把太多注意力都放在元素周期表中更靠前的43号元素，而忽视了有意义的发现。

图源：参考文献3

绿色下划线部分：通过读光谱，发现并不存在43号元素但有75号元素（铼）。

无独有偶，十多年后，德国化学家瓦尔特·诺达克、伊达·诺达克和奥托·伯格又宣布在挪威的铌铁矿（主要成分为铁、锰和铌的氧化物）中，通过X射线衍射探测到了第43号和75号元素。

他们称新发现的第43号元素为Masurium。 这一名称源于当时属于东普鲁士的马祖里（Masuria）地区（如今归属波兰）。此处既是瓦尔特·诺达克的故乡，也是一个能触发德国人爱国激情的地方。因为第一次世界大战期间，德军曾在这里歼灭了大量沙俄的部队。

接着，他们又将75号元素命名为Rhenium（铼），以纪念主要流经德国境内的莱茵河（Rhein）。

1928年，锰族中75号元素的发现总算有了相当信服的证据，伊达·诺达克和奥托·伯格成功在660公斤辉钼矿（主要成分MoS2）中提取出了1克铼元素。之后，人们自然希望43号元素也可以象铼那样成为“眼见为实”的商品。

然而，化学家多次对诺达克等人宣称含有Masurium的矿物样品进行检测，却都无果而终。或许是出于民族自尊心的考虑，Ma这个元素名此后还是出现在德国和被德国占领地区的一些化学出版物中，但人们对43号元素的真实存在已经失去了信心。

藏于格但斯克理工大学（ Gdańsk University of Technology)的一张元素周期表，其中第43号元素的符号被标记Ma。图源：https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46892610

03

被挤走的元素

科学史上，当已有的认知不能解释的现象越来越明显的时候，总会有人站出来或者把一切推倒重来，或者提出一个新的规则作为补救。

针对第43号元素长期失踪的问题，1934年德国质谱学家马陶赫根据前人的总结得出一个同位素统计规则：不可能存在质量数相同、原子序数相差一的两种稳定同位素。换句话说，原子序数相邻的元素，如果它们有相同质量的原子核，那其中只有一个是稳定的。

按此规律分析，我们很容易发现在43号元素的合理质量区间内，有一系列钼（Mo）和钌（Ru）的稳定同位素。所以，不是这个43号元素有意藏起来折磨化学家，而是它在元素周期表中的左邻右舍挤占了它的稳定存在。这个统计规则，也同时很好的解释了当时周期表上第61号元素长期空缺的原因。

04

加法的力量

就在科学界准备放弃寻找第43号元素的时候，事情又开始出现转机。

1934年，约里奥·居里夫妇（居里夫人的女儿和女婿）在用α粒子轰击铝箔时，发现若将放射源拿走，铝箔依然保持着放射，并由此发现了放射的磷（P）。整个反应可以用核反应方程式表示为：

其中α粒子是失去电子后带有两个质子的氦-4，当用其攻击含有13个质子的铝原子核时，就生成了15个质子的磷-30，以及一个中子（n）。13+2=15，伴随着看似简单的加法，世界上第一个人工合成的放射同位素诞生了。 约里奥·居里夫妇也因对人工放射研究的突出贡献荣获1935年诺贝尔化学奖。

在约里奥·居里夫妇的实验中，α粒子轰击铝箔是在自然条件下发生的，没有人工加速成分。 然而，用α粒子攻击同样带有正电的其他原子核需要克服强大的斥力，如何加速α粒子或者其他带电粒子呢？

恰在1930年代初，美国加州大学伯克利分校的物理学家欧内斯特·劳伦斯发明了回旋加速器。借助回旋加速器，科学家可以赋予粒子更高的能量，将其作为“炮弹”来轰击各种元素的原子核。这对当时蓬勃发展的核物理学来说，无疑是如虎添翼。

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