正文 第14章 數理化學之謎(3)(2 / 3)

據鑒定,奧克洛鈾礦的成礦年代大約在20億年前。反應堆由6個區域的500噸鈾礦石組成。奧克洛鈾礦不久即開始運轉,輸出功率隻有10~100千瓦,但運轉時間長達50萬年。

這座反應堆是誰建造的呢?是地球人嗎?不是。因為在史前時代,地球上根本沒有人。是大自然的傑作嗎?也不是!因為,要實現鏈裂變反應條件十分苛刻,並不容易。

富於幻想的人提出了另一種解釋:在20億年前,外星人來到了地球。他們在地球上進行了大規模的開采工作,建造了核反應堆,以保障能源的供給。後來,由於某種原因,外星人放棄了在地球的開采工作,回到了他們的“家鄉”,而把核反應堆當做“紀念品”留在地球上。

到目前為止,奧克洛核反應堆的謎底仍未揭曉。盡管有許多科學家對這個問題極感興趣,但由於年代久遠,可供研究的東西不多,也許它將永遠是一個謎。

元素周期律的發現

世界上的物質形形色色,各種各樣,但是構成這大千物質世界的基本微粒——元素卻不多,目前已知的也隻不過百餘種。科學家們把這一百多種元素,按照它們的原子核所帶的電荷的多少(即原子序數)依次由少到多進行排列,並把性質相似元素排在一起,這樣就得到了一個表,這個表就叫元素周期表。

元素周期表揭示了元素之間內在的本質規律,它是科學家們研究化學的指南。

1.探索元素的規律

元素周期律的發現和其他規律的發現一樣,也是經曆了一個艱難的曆程。

在18世紀中葉到19世紀中葉的100年間,每兩年半才有一種新元素問世。到1869年,科學家共發現了63種新元素,積累了許多關於這些新元素性質的研究資料。但是這些資料卻是雜亂無章的,搞得科學家們眼花繚亂。其實早在19世紀初,當陸續發現近40種元素的時候,科學家們就在思考:自然界中究竟有多少種元素?元素與元素之間究竟有什麼內在聯係?化學家們依照各種各樣的方式進行排列組合。比較典型的有:1829年德國的化學教授多貝賴因納提出的“三元素組”,它是把性質相似的3個元素歸成一組;1864年德國人J.L.邁爾提出的“六元素表”,把6個元素歸為一組;1862年法國礦物學教授陳庫圖瓦提出的“螺旋圖”,按原子量把元素排成螺旋狀;1865年英國人紐蘭茲提出的“八音律”,在發現每8個元素就出現性質相似的元素的基礎上提出的。自19世紀,人們就開始歸納總結元素知識,試圖從中找出規律。在1869年以前的這種探索有幾十起之多,從“三元素”到“八音律”一步一步向真理逼近,為周期律的發現開辟了道路。

2.門捷列夫的發現

俄羅斯化學家門捷列夫也投身於元素規律的探索之中。門捷列夫於1834年2月7日出生於托波爾斯克的中學教師家庭,自幼喪父,他是在他姐夫的啟迪下愛上科學的。門捷列夫一生在化學上的貢獻很多,其最主要的貢獻就是發現了元素周期律。

1865年,門捷列夫在彼得堡大學教授無機化學。當他準備著手編寫無機化學教科書《化學原理》時,麵對那些雜亂無章的元素,他不知如何排列為好。於是他便停止了教科書的編寫,開始探索元素世界的奧秘。他對前人所做的大量實驗事實進行驗證、分析和概括,而後細細地思索,尋找其中的規律。整天滿腦子的化學元素攪得他寢食不安,然而幾年過去仍無頭緒。

門捷列夫愛玩紙牌,1868年的冬天,他別出心裁地想到把已知的63種元素製成紙牌來“玩一玩”,看能否找出什麼規律來。於是他剪出了63張大小相同的卡片,他在每張卡片寫上一種元素的名稱、符號、原子量和主要性質。每個元素一張卡片,共63張,好像一副撲克牌。於是,他擺弄起這副特殊的撲克牌來。

開始,他按照元素的顏色排列卡片、比較各個元素,希望能找出它們相互之間的聯係,但很快他就發現這行不通,因為任何元素在溫度改變時都能發生狀態的轉變,而且有許多元素在狀態不同的情況下,顏色並不相同。他又想去比較各種元素的比重,但是他發現,比重和元素的某些其他性質如導電性、導熱性一樣,都不是元素的根本性質,它們都會隨條件變化而變化。就這樣,他一連撥弄了三天三夜,仍然什麼結果也沒有。他又回過頭來認真研究前人所做的工作、所積累的資料,總結失敗的教訓。

在研究的過程中,他發現原子量是永久伴隨著元素而又始終不變的量。他把元素撲克牌按原子量大小進行排列,驚奇地發現有幾處都是每隔7個元素又出現一個與這個元素性質十分相似的元素。於是按照這一啟示,門捷列夫又進一步思考和探索,終於發現元素的性質是按原子量的大小在做周期性的重複。