打开原子的大门-第5节
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空气里的新家族
在上面的实验里，15升由空气中提取的氩气被液态空气冻成了液体。拉姆赛和特莱凡斯首先抽出了液体上面没有液化的气体，发现了氖，还有氦。接着，他们让液体不断蒸发，并且一份一份地抽出蒸发的气体，检查它们的光谱。
开头，收集的气体大部分是氩，随后，就是不久前发现的氪。而把最后一点点气体装进放电管，通上电却发出了美丽的蓝光，又一种新的气体元素被发现了。这是1898年7月12日的事。
这种发蓝光的新的气体元素起名叫做xenon（希腊文“陌生”的意思）——我国译作“氙”。
就这样，拉姆赛在得到液态空气以后，不到一个半月，就在空气中又发现了三种新的气体元素——氟、氖和氙。
现在让我们来回顾一下这段历史：在瑞利和拉姆赛在空气中发现氩之前，科学家都认为空气是由氧和氮组成的。接着，拉姆赛和特莱凡斯又证明了先前发现的氩也不是纯的气体，它里面还混杂着氦、氖、所氪和氙。
为了研究这些气体的性质，拉姆赛和特莱凡斯蒸馏了大量的液态空气，他们得到了纯粹的氩气，纯粹的氪气和纯粹的氙气。但是氖气和氦气总是在一起，没法把它们分开，因为在液态空气的温度下，它们都不会变成液体。
需要比液态空气更低的温度，才有可能使氖气和氦气变成液体。这就需要用液态的氢。液态空气的沸点是零下192摄氏度，而液态氢气的沸点是零下253摄氏度。
可是哪里有液态的氢呢？前面提到的那位杜瓦，在1898年第一回制得了液态氢。可是他连液态空气都不肯给别人，更不用说液态氢了。怎么办呢？
特莱凡斯决心自己装一台机器制造液态氢。经过一番努力，液态氢真的得到了！头一批产品——100立方厘米的液态氢，立刻用来分离氖气和氦气。
氦气和氖气的混合气体送进了浸在液态氢中的玻璃小球，氖气不仅变成液体，而且立刻凝结成了固体，氦气却仍然是气体。于是，最难分离的氦气和氖气也分开了。
拉姆赛和特莱凡斯证明：在1升空气中大约有10立方厘米的氩气，18立方毫米的氖气，5立方毫米的氦气，1立方毫米的氪气，氙气最少，只有0。1立方毫米。
为了详细地研究这些气体的性质，他们先后用了3年时间。
他们测定了每种气体的密度，结果是按着氦、氖、氩、氪、氙的次序，一个比一个大。
他们做了许多化学实验，结果证明，这一群气体，不仅氩气和氦气，就是后发现的氖气、氢气和氙气，也不肯跟任何物质发生化学反应。它们极不活泼，所以人们把它们叫做“惰性气体”。在门捷列夫周期表上，氦、氖、氩、氪和氙形成单独的一族——零族元素。
在拉姆赛的时代，从空气中取得一点点纯粹的惰性气体，要花很大气力。所以人们也把它们叫做“贵气体”，或者“稀有气体”。
现在就不同了，世界各国都建立了大的气体工厂，这些工厂的原料就是空气。空气在工厂中先变成液体，再用分馏法来分离，制成纯粹的氮气、氧气和氩气，它们都装在钢瓶里出售。氦气、氖气、氪气和氙气也提纯了，装在特制的容器里，供给生产技术部门和科学研究单位使用。
这些“稀有气体”，现在都不是很难得到的东西，价钱也大大降低了，“贵气体”这个名字，现在不大有人用了。1962年，人工合成了氙跟铂、氟的化合物，以后又陆续合成了不少红的化合物和氙的化合物，如氟化氪、氯化氙、氧化氙等等。“惰性气体”这个名字，看来也不大正确了，但是由于习惯，现在仍然使用。
到处找氦
在历史上，氦被人们发现三次了：第一次在太阳上，第二次在钇铀矿里，第三次在空气里。这引起了当时科学家们的莫大兴趣。
既然空气里能找到氦，水里会不会有呢？既然在钇铀矿里有氦，别的矿物和岩石中会不会有呢？于是大家纷纷去找氦，当然同时也去找其他惰性气体。
化学家们检查了雨水、河水、海水、井水和各种矿泉水。他们发现水中也溶解有氦气和其他惰性气体，不过含量比空气中还少。只有矿泉水是例外，某些矿泉水中溶解有相当多的氦气。德国物理学家基索姆在一处山泉水中，拉姆赛在一处矿泉水中，瑞利在一个疗养院的地下水中，都发现了较多的氦气。
还有一些人在动植物体中去找氦，结果没有找到。有人还从各种鱼类的鱼鳔中取出气体来研究，发现鱼鳔中的气体与空气没什么两样。
在矿物和岩石中找氦的成绩比较大。其中含氦气最多的是锡兰岛出产的方钍矿，1千克方钍矿加热后，能放出10升氦气。
在研究了很多种矿石之后，拉姆赛有一个发现，那就是，含有铀和钍的矿石中总是有氦气，而不含铀和钍的矿石中就没有氦气。
真是怪事！氦是惰性气体，它不会跟铀和钍化合，这一点拉姆赛早已试验过了。但是在矿物中，氦为什么总是跟铀和钍一起出现呢？氦跟铀和钍有什么关系呢？
看不见的射线
正当拉姆赛在英国热心地寻找空气中的新气体的时候，法国的科学家们也作出了惊人的新发现。
在拉姆赛由钇铀矿中发现氦的第二年，1896年3月，法国巴黎的物理学家贝克勒尔也研究了铀的各种化合物和铀的矿石，但是他找到的不是氦，而是发现铀在不停地发出看不见的射线，也就是说，铀有放射性。
铀是1789年德国化学家克拉普罗斯发现的金属元素，它的外表像银，化学性质像钨。将近100年来，人们都认为铀和其他金属一样，是一种普通的元素。贝克勒尔的实验告诉我们：铀和一般元素不一样，它发出的看不见的射线，可以隔着黑纸使照相底片感光。这可是以前谁也不知道的事。是不是还有一些别的元素像铀一样，也能够发出看不见的射线呢？这吸引了不少科学家去研究。
1898年，拉姆赛和他的助手特莱凡斯一起发现了空气中的氦、氖、氪和氙。就在这同一年里，一位法国女科学家玛丽·居里不仅发现了钍也有放射性，而且在沥青铀矿里还发现了两种放射性更强的新的放射性元素——钋和镭。
1899年，另一位法国化学家德比尔纳发现了又一种新的放射性元素——锕。
几年之内，新发现了一批放射性元素——钋、镭、锕。对这些放射性元素的研究，又引起了新的发现。
居里夫妇在研究镭的时候发现：镭和空气接触以后，镭拿走了，可是留下的空气还有放射性，好像被镭传染了似的。1900年，德国科学家多恩研究了这个奇怪的现象，发现原来是镭在连续不断地放出一种气体，这种气体也有放射性，这种放射性气体被叫做“镭射气”。
差不多在同时，英国物理学家卢瑟福发现钍也会发出一种放射性气体，后来又发现锕也会发出一种放射性气体。这两种气体分别被叫做“钍射气”和“锕射气”。
这些放射性气体又是什么样的物质呢？
镭射气
1903年，卢瑟福和另一位化学家索地一起，详细地研究了镭射气。
最早，科学家利用使照相底片感光的办法来检查物质的放射性，后来就发明了另一种方法——利用荧光物质。有一些矿石（如硅锌矿）和一些化合物（如硫化锌），碰到了看不见的射线就会闪烁发光。所以，如果硅锌矿或硫化锌在闪烁发光，那就说明一定有放射性物质存在。
卢瑟福和索地在一根两端有活塞的玻璃管里装上一些硅锌矿粒。他们把吹过镭的表面的空气通到这根玻璃管里去，然后关闭玻璃管两端的活塞。把玻璃管拿进黑屋子里去，就看到硅锌矿在闪闪发光，亮得可以照清楚报纸上的大标题。只要把玻璃管中的气体抽掉，硅锌矿立刻不再发光了。这说明被空气带到玻璃管中的镭射气是放射性气体。
为了研究这种气体，卢瑟福和索地在这玻璃管后面接上一个U形管，U形管后面又接上一个圆底烧瓶，圆底烧瓶的壁上涂有硫化锌。他们把U形玻璃管浸到液态空气里，然后把含有镭射气的空气不断吹进去。这时候，装有硅锌矿粒的管子闪闪发光，而涂有硫化锌的烧瓶并不发光。不过，只要把U形管从液态空气中拿出来，过了一会，烧瓶壁上的硫化锌也开始发光了。
这个实验说明：液态空气可以使镭射气变成液体，因而流不到涂硫化锌的烧瓶里去。
更有趣的是把镭射气封在装有硅锌矿粒的玻璃管里，一开始发光很强，几天以后，光就减弱了，过了一个月左右，就完全不发光了。看来镭射气会慢慢地消失。
镭射气消失了，它变成了什么呢？
氦的诞生
为了解决镭射气变成了什么的问题，卢瑟福和索地决定去请教研究气体的专家拉姆赛。
卢瑟福和索地把尽可能多的用液态空气冻下来的镭射气封在管子里。索地带上这管镭射气，就去找拉姆赛。
拉姆赛热情地接待了索地，立刻和他一起研究镭射气。这是1903年春天的事。
镭射气被充到放电管中，通电后发出淡蓝色的光辉。拉姆赛和索地用分光镜观察镭射气的光谱。他们发现了三条新的谱线。镭射气原来是一种新的气体元素。这时候，在光谱里没有看见别的谱线。
两天以后，他们又检查这个充有镭射气的放电管的光谱。三条新的诺线还在老地方，只是比两大前减弱了；但是，出现了一条新的谱线，是黄色的。拉姆赛立刻认出来，这是他的老朋友——氦的谱线。
放电管是封死的，外面不会有气体跑进去。结论只有一个：镭射气变成了氦。
又过了两天，再把放电管通电。这时候，管子发出的已经是黄光，而不是淡蓝色的光了。氦的谱线更强了，而镭射气的谱线更弱了。
氦在拉姆赛和索地的眼前诞生了！
人们第四次发现了氦。
接下去，拉姆赛仔细地研究了镭射气的性质，证明它和氦、氖、氩、氪、氙一样，也是惰性气体。后来给它另起一个名字叫做radon（拉丁文“射线”的意思）——我国译作“氡”。
拉姆赛为了测定氡气的密度，设计了一个极为灵敏的天平，灵敏度达到0。000000005克！他称量了0。1立方毫米（仅仅有一个针眼大小）的氧气，测得它的密度是氢气的111倍，是最重的气体。
科学家们用同样的方法去研究锕射气和针射气，结果和镭射气一样，这两种射气也是氡，也在不断地变成氦。
地质学家的时钟
氡是放射性气体元素，它不断地产生氦气。铀是不产生射气的，它会不会也不断地产生氦气呢？应该做一下试验。
索地把一些含铀的物质放在大烧瓶里，把烧瓶里的空气抽掉，把瓶口封死。过了一年，索地打开烧瓶，取出瓶内的气体作光谱分析。果然，气体的光谱中出现了氦的诺线。虽然氦气的量不多，但是证明了铀也在产生氦气。
原来，从放射性元素放出来的看不见的射线，可以分为α、β和γ三种射线。其中的α射线，实际上就是无数的失掉了电子的氦原子。
为什么铀矿和钍矿中会有氦气呢？这些氦气正是放射性元素铀和钍产生的。
索地又在大烧瓶中装了1000克铀。一年之后，他从烧瓶中得到了0。1立方毫米的氦气。这个气泡只有——0。00000002克重。铀产生氦气的速度是非常慢的，一吨铀每年也只能产生0。00002克的氦气。
为什么钇铀矿和其他的放射性矿物中，含有许多氦气呢？
卢瑟福研究了这个问题，产生了这样一个想法：钇铀矿里含的氦气多，说明这矿石的历史长久。每年只产生一点点氦气，经过几百万、几千万、甚至几亿年，积累起来就多了。只要我们分析一下铀矿中现在有多少氦气，还剩下多少铀，又知道铀生成氦气的速度，就可以算出这块矿石是多少年前生成的了。
这方法真是妙极了！氦成了地质学家研究矿石年龄的“时钟”。这是1904年卢瑟福提出来的。
在此以前，人们很难知道矿物和岩石的年龄有多大，因为岩石是不会自己说话的。虽然有各种各样的估计，但是都非常不可靠。利用了放射性方法，岩石自己说话了。
你要知道某一个地方的煤是什么时候生成的吗？那只要在生成那种煤的地层中找出一种放射性矿物就行了。英国物理学家斯特莱特选了一块赤铁矿，经过分析，这块赤铁矿中有铀，也有少量氦气，每1克铀就大约有20立方厘米的氦气。已经知道，每1克铀一年能产生0。0000001立方厘米的氦，那么要多少年才能生成20立方厘米的氦呢？这很容易算，要2亿年。
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