02从化学看宇宙之氦程序.doc

2氦He 2氦——太阳元素：氦 这不是首先在地球上发现的元素。牛顿用三棱镜发现了原来白光是由七种颜色的光组成的，化学家本生和物理学家基尔霍夫这一对好基友让不同元素的盐在本生灯上燃烧，发出的光芒通过三棱镜，发现每种元素都有属于自己的一套特征光谱，从此以后，光谱分析成为化学家趋之若鹜的风潮，并发现了很多新元素，这些细节我们后面会详细讲。 （牛顿第一个用三棱镜打开了光的魔盒，接下来的几个世纪里，光是波还是粒子的论战让人类对于光，甚至对于时间空间的认识都前进了一大步。而对于化学，牛顿之后的本生、基尔霍夫开创了光谱化学。） 日全食是天文爱好者和天文学家甚至所有科学家的盛宴，月球挡住了太阳本影，将太阳的外围清楚的暴露在太空里，地球上的人们得到了宝贵的机会去研究太阳大气甚至太阳以外的东西，人们会不远万里，奔波到最适合观测日全食的地方，历史上很多科学发现都是在日全食的机会下发生的。最有名的莫过于爱丁顿远道跋涉到南半球观测日全食，发现太阳的引力确实让远处的星光发生了偏折，证明了爱因斯坦广义相对论是正确的。 （每次日全食都牵动着万千科研工作者的心，太阳好比一座宝库，有太多的奥秘等待着人类去发掘。） 1868年8月18日也是精彩的一天，法国天文学家让逊来到印度把望远镜对准了太阳观察日全食，希望观测日珥。他让阳光通过了当时最流行的分光镜，在光谱中，他找到了一条从未发现过的黄线。两个月以后，其他人也在太阳光谱里发现了这条新线。按照当时大家的认识，发现了新的特征光谱意味着发现了新元素。由于这条线从来没有在地球上的物体里找到过，大家都认为这是只有在太阳上才存在的元素。大家猜想，正是因为太阳上有这种元素，才能发光发热，因此以希腊文的太阳（helios）来命名它，这是人类第一次在地球以外发现新元素。 （古希腊的太阳神叫赫利奥斯，他每天早晨从东方升起，乘着四匹喷火的马拉的金车在天空运行，傍晚在西方落入瀛海。他的儿子法厄同觉得好玩，也想驾驶他的金车练练手，结果被烧死。如果你管不住自己的孩子，可以给他讲法厄同的故事吓他，比老虎、警察的效果会好很多。） 20多年以后，人们几乎已经遗忘了这件事。苏格兰化学家拉姆塞发现了惰性气体氩，他想让氩跟别的元素化合，都以失败告终。有一天他正忙得焦头烂额，有人告诉他把钇铀矿放到硫酸里以后会冒出很多气体，让他看看是不是氩。拉姆塞把这些气体收集起来，让他们通过高温的镁粉，去除了氧气和氮气。然后他观测剩下的气体的光谱，确实里面有氩的光谱，但是同时又发现了一条黄线，一开始他以为是钠，化学家都是强迫症，他想：“我又没把管子洗干净，该死的食盐又出现了。”然而，当他仔细清洗过装置以后，那条黄线还是存在着，而且和钠的黄线始终保持一定的距离。“该死，我的分光镜坏了！”拉姆塞开始抓狂，他又去折腾他的分光镜。 （忙得焦头烂额的拉姆塞，后面还有很多他的故事。） 又是好几百次尝试，他尝试了所有的办法，这条黄线一直存在，而且始终和钠的黄线保持一定距离。终于他开始陷入癫狂了：“是不是上帝在跟我开玩笑？”拉姆塞甚至开始这样想，因为自从本生和基尔霍夫开始，物理学家和化学家就知道钠的双黄线谱线是有一定不变的位置的，即使你从高山上、大海里找到的不同的钠盐，甚至观测太阳，其中的双黄线光谱也一定会出现在同样的位置！ 最后他实在没招，把装有气体的管子邮寄给了好朋友克鲁克斯，过了几天，得到了好朋友的电报：“您请过来看看吧，你那管子里就是氦！” 太阳元素终于在地球上被发现了！ （氦光谱） （钠光谱，与氦光谱的黄线差不了多少，但是这一点点是逃不过科学家的火眼金睛的。科学之路上，必须要有钻牛角尖的精神。） 为什么之前一直没有被发现呢？其实空气里是有氦的，但是实在太少，才2.5ppm。而钇铀矿里的氦又是从哪儿来的呢？原来铀是一种放射性元素，它每时每刻都在放射出三种射线：α射线，β射线和γ射线，其中α射线就是氦原子核，所以氦原子核也叫α粒子。α射线是一种穿透性很弱的射线，甚至用一张纸就可以挡住它，α射线在捕捉到一些自由电子以后，就形成了氦原子。因此在放射性物质周围，经常会发现很多的氦元素。从宏观上看，被封闭的天然气里面经常会有氦气，截至现在，发现的氦气储量最大的地方在美国的大平原底下，氦气含量最多的地方竟然可以达到7%。 放射性重元素放射出的射线里面就有α粒子，其实就是氦原子核。 为了增加趣味性，每篇后面附送小测试，轻松加愉快！今天的问题：问题1：最早在太阳光谱中发现氦谱线的是：A） 拉姆塞B） 让逊C） 牛顿D） 克鲁克斯问题2：氦谱线跟哪种元素的谱线比较相似，容易搞混：A） 氢B） 氧C） 钠D） 钾 2氦——盗取天火：使用太阳元素 氦被发现之后，因为它几乎不和别的元素反