把祖國的名字掛到元素周期表上,不僅令人自豪,或許也是靠稅收做科研的科學家對納稅人最好的回饋。
31號元素鎵(Ga, gallium),得名于法國的拉丁文古稱高盧(Gallia)。
1871年門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律,并根據(jù)元素周期律預言了幾種元素的存在(巧合的是,3種發(fā)現(xiàn)時期相近的“愛國”元素均是元素周期律預言存在的元素,從中可以一窺19世紀末民族國家在歐洲的興起)。其中,鋁下元素(eka-aluminium)的31號元素,在元素周期律公布不久之后的1875年,就被法國化學家德布瓦伯德蘭(de Boibaudran)在閃鋅礦中發(fā)現(xiàn)了。門捷列夫?qū)Α颁X下元素”(鎵元素)物理性質(zhì)的精準預測,也成為了化學史上的一樁美談。
因為門捷列夫的預言太過神奇,德布瓦伯德蘭的功績常常被世人忽視。然而德布瓦伯德蘭發(fā)現(xiàn)鎵元素,并非源于元素周期律的引導,而是他多年來對原子光譜,特別是對硼族元素原子光譜研究的成果。選擇閃鋅礦作為研究對象也并非源于運氣。德布瓦伯德蘭慎重考察過硼族元素的各類礦石,認定從中尋找鎵元素希望渺茫之后,才轉(zhuǎn)而去研究與硼族相鄰的鋅族元素的礦石。最終,德布瓦伯德蘭用分光計觀察礦石處理產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)時,發(fā)現(xiàn)了兩條未知的光譜。德布瓦伯德蘭認定,這是屬于新元素的光譜,并最終在法國鋅礦協(xié)會等的協(xié)助下,成功分離出了鍺單質(zhì),將“高盧”之名寫上了元素周期表。
32號元素鍺(Ge, germanium),得名于德國的拉丁文古稱日耳曼(Germania)。
32號元素也是被門捷列夫預言的一種元素。然而最早對鍺等存在進行預言的卻不是門捷列夫,而是英國化學家紐蘭茲。紐蘭茲在1863年就發(fā)現(xiàn)了元素化學性質(zhì)的周期性,因為每隔7種元素(人們對稀有氣體當時還了解不多)就會發(fā)生重復,因此紐蘭茲將其稱為“元素八音律”。按照他的理論,硅和錫之間應該有一種未知元素存在,而這種元素正是鍺元素。
1885年,德國弗萊堡發(fā)現(xiàn)了一種稀有礦石。礦石發(fā)現(xiàn)者魏斯巴赫將此富含銀的礦石命名為argyrodite,即“硫銀鍺礦”。根據(jù)魏斯巴赫的記載,他協(xié)同老師萊赫對新礦石進行初步分析后,發(fā)現(xiàn)新礦石“75%是銀,18%是硫,因此尚有7%的成份未能解明”。于是,礦石被寄送給德國化學家溫克勒,進行進一步的定量分析。溫克勒經(jīng)過分析,認定其中含有一種新金屬。1886年,他成功分離出來這種新金屬,并最終決定以“日耳曼”之名,將其命名為鍺。
44號元素釕(Ru, ruthenium),得名于俄羅斯的拉丁文(Ruthenia)。
在進入合成時代之前,化學元素的發(fā)現(xiàn)權(quán),通常會授予成功提純該元素,并通過實驗驗證該元素化學性質(zhì)的科學家。因此,釕的發(fā)現(xiàn)者這一榮譽,現(xiàn)在也一般會歸于卡爾·克勞斯名下。然而在克勞斯之前,至少有兩位化學家曾經(jīng)分離出釕。
1808年,波蘭化學家希尼亞迪茨基就從鉑金礦石中發(fā)現(xiàn)了一種新金屬,并用1807年發(fā)現(xiàn)的小行星的名字,將其命名為vestium。希尼亞迪茨基將他的發(fā)現(xiàn)分別報告給了法國和俄國的科學院,然而俄國科學院并沒有對他的研究結(jié)果進行確認,法國科學院的委員會也沒能重現(xiàn)他的研究成果,因此他在郁郁之中否定了自己的研究成果,并沒有進行進一步的研究。
1828年,德國化學家奧桑用王水溶解鉑金礦石后,認為自己發(fā)現(xiàn)了3種新金屬。其中包括了在化學史中第一次被誤報的锝元素polinium,也包括了釕元素ruthenium。正是奧桑決定將44號元素命名為釕。1844年,釕的最終發(fā)現(xiàn)者克勞斯證明,奧桑分離出來的“釕元素”的氧化物十分不純,但是其中確實含有微量的釕。
1840年,當克勞斯開始對用王水處理過的鉑金礦石感興趣的時候,他就已經(jīng)知道奧桑對鉑金礦石的研究了。最終,克勞斯分離提純了釕,并確認了釕的化學性質(zhì)。俄國人克勞斯決定尊重奧桑的命名,因此ruthenium這個名稱也得以保存,在元素周期表中占據(jù)了一席之地。
84號元素釙(Po, polonium),發(fā)現(xiàn)者是居里夫婦,并以居里夫人的祖國波蘭命名。
天然的釙存在于鈾礦石中,含量僅為百億分之一。也就是說,1噸鈾礦石中,大約只有100微克的釙。居里夫婦僅僅憑借奧匈帝國政府好心贈送給他們的幾噸鈾礦石礦渣,便精煉出足夠的釙,著實讓人敬佩。
釙是已知的毒性最強的化學物質(zhì),安全量僅僅為7pg(一兆分之七克)。居里夫人身患白血病的原因應該是受到鐳元素的輻射,而她的女兒身患白血病的原因,則多半是因為實驗室中含有釙元素的膠囊爆炸所致。
87號元素鈁(Fr, francium),是第二種得名于法國的化學元素。
鈁是人類開啟合成元素的煉金術(shù)時代之前發(fā)現(xiàn)的最后一種存在于自然界中的元素。自從門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律以來,堿金屬一族中銫元素下方的空缺就一直吸引著科學家們前赴后繼地進行探尋。1925年前蘇聯(lián)化學家多布羅謝爾多夫搶先宣布發(fā)現(xiàn)了87號元素,并命名為“俄羅斯”russium,成為了日本小川以外又一位不小心把祖國國名的命名機會浪費在誤報上的悲劇人物。此后亦有幾組科學家研究各種天然存在的堿金屬礦石,試圖從中尋找87號元素的蹤跡,也都無果而終。
最終,1939年,在法國巴黎居里研究所工作的瑪格麗特·佩里,在提純錒-227的時候,敏銳地意識到自己分離出來的廢物正是化學家們苦求而不得的87號元素。讓我們回到元素周期表:錒元素是89號元素,意味著它的原子核中含有89個質(zhì)子。錒的放射性同位素錒-227會自然發(fā)生α衰變,釋放出一個含有2個質(zhì)子2個中子的氦原子核。于是通過計算,我們可以得知,衰變的產(chǎn)物應該是含有87個質(zhì)子,原子量為223的一種原子。這正是鈁半衰期最長的同位素,鈁-223。佩里正是靠著自己敏銳的直覺,發(fā)現(xiàn)了讓化學家們苦求多年的87號元素。鈁最穩(wěn)定的同位素鈁-223的半衰期也僅僅有22分鐘,是前100號元素中半衰期最短的最穩(wěn)定同位素,也難怪它會成為最后一個被發(fā)現(xiàn)的天然元素。
95號元素镅(Am, americium)的名字得名于“美國”或“美洲”還有待商榷。
在合成及研究包括镅在內(nèi)的超鈾元素時,化學家們發(fā)現(xiàn),超鈾元素具有同鑭系元素相似的化學性質(zhì)。因此,在命名這些新元素時,也借鑒了同族鑭系元素的名稱。
這些元素(95號和96號元素)得名于與之對應的稀土元素。95號元素因為與銪(銪元素Eu的英文名稱為europium,得名于“歐洲”)相似,遂被命名為镅。至于96號元素,則正如得名于著名稀土研究者伽多林(Gadolin)的釓(gadolinium)一樣,以放射性研究者居里家族之名,命名為鋦(curium)。據(jù)此來看,因為銪得名于“歐洲”,镅得名于“美洲”的說法似乎更為可信。
美國核物理學家及核化學家西博格在研究過93號元素镎和94號元素钚之后,順理成章地決定繼續(xù)研究95號和96號元素。1944年,他和他的團隊用中子撞擊钚-239,成功得到了镅。然而因為镅元素與曼哈頓計劃息息相關(guān),有關(guān)該元素的消息最初是嚴格保密的。直到1945年戰(zhàn)爭勝利,消息才得以解禁。1945年11月11日,西博格出席一檔收音機節(jié)目時,有觀眾提問在戰(zhàn)爭期間除了镎和钚以外,還有沒有發(fā)現(xiàn)什么新元素。此時,西博格才“泄露”了有關(guān)镅和鋦的信息,使兩種新元素的存在得以公諸于世。
西博格最終因為包括镅在內(nèi)的諸多超鈾元素的重要研究和貢獻,獲得了1951年的諾貝爾化學獎。因為西博格的巨大貢獻,他成為僅有的兩位在生前就登上元素周期表的人類。106號元素就是以他為名的。
北歐的斯堪的納維亞半島,長久以來都有一種特殊的一體感。因此,兩個得名于北歐的元素,都是以半島之名命名的。21號元素鈧,scandium,得名于斯堪的納維亞Scandinavia;69號元素銩,thulium,得名于“極北之地”的Thule,乃是羅馬時代斯堪的納維亞半島的古稱。
其中21號元素鈧,也是門捷列夫預言的一種元素,鎵鈧鍺三種門捷列夫預言存在的元素,相繼在15年間被發(fā)現(xiàn),并分別被冠以“愛國”的名稱,也是反映19世紀末期世態(tài)的一樁趣談。