索迪誕辰 │ 科學史上的今天:09/02

「看在上帝的份上,不要叫它『蛻變』(transmutation)吧!他們會把我們當成煉金術士砍頭的。」1901 年,當拉塞福(Ernest Rutherford)聽見索迪興奮地前來報告:具放射性的釷會自發「蛻變」為鐳時,趕忙叮嚀他注意用詞。

當時距貝克勒(Henri Becquerel)無意發現放射性才不過五年,放射性仍是一種相當新奇且神秘的現象;拉塞福本人雖然在 1899 年發現 α 與 β 兩種放射線,卻也不知其性質。索迪(Frederick Soddy, 1877-1956)於 1900 年從英國來到加拿大跟著拉塞福做研究後,有了擅長化學的索迪幫忙,兩人才很快發現釷、鐳、錒等放射性元素都會產生類似惰性氣體的氣體,而且之後檢查這些元素,竟會發現另一種元素。

拉塞福與索迪因此發現放射線是元素的原子裂解,蛻變成另一種元素的過程中的產物。然而當時普遍認為既是基本元素,就不可能再分裂,尤其元素蛻變更是煉金術才有的想法,所以拉塞福才要索迪用詞謹慎。果然他們發表論文後,招來不小質疑,所幸經過其他化學家的實驗證實,他們的發現才獲得認可,拉塞福也因此獲得 1908 年的諾貝爾化學獎;可惜貢獻卓著的索迪被當成只是執行的助手,無緣獲獎。

索迪於 1903 年即回到英國,與倫敦大學的拉姆西(William Ramsay)一起研究。他們先用光譜分析確認鐳產生的惰性氣體就是氦氣,拉塞福再於 1907 年進一步確認這氦氣是由鐳放射出來的 α 粒子形成,證明 α 粒子就是氦原子核。

1910 年,索迪宣稱放射性會造成元素有不同變種,雖然仍是化學與物理性質都沒變的同一元素,但原子量卻不一樣。這個主張再次引來質疑與批評,因為問世已四十年的門得列夫週期表就是以原子量來排列,除了一些元素略有不符需作調整,基本上大家已認定原子量決定一切,怎麼可能同一個元素會有不同原子量還有相同化學性質?!

1913 年成為關鍵的一年。這一年,拉塞福的年輕門生莫斯利(Henry Moseley)發現化學性質取決於原子核的電荷數,而不是原子量,修正了門得列夫的週期表。索迪因此得以發表「位移法則」──元素釋出一個 α 粒子,會在週期表上向左平移兩個位置;釋出一個 β 粒子則會向右移一個位置。他並發明「同位素」(isotope)一詞來稱呼不同原子量的同一元素。更重要的,這一年亞斯頓(Francis Aston)在氣體放電管發現了氖的同位素蹤跡,才會進而在 1919 年用質譜儀證明同位素的存在。

索迪終於在 1921 年獲頒諾貝爾化學獎;亞斯頓也緊接著得到 1922 年的諾貝爾化學獎。巧的是,兩人同年出生,生日只差一天,在月曆上就像週期表上緊鄰的元素。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 


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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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