趣味化学科学故事

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##前言

　　自然界是多姿多彩、无限多样的。对很多人而言，自然界中的化学知识就像一团迷雾，充满魔幻与神秘、激情与梦想、复杂与变化。

　　化学实际上是物理学和生物学的交叉学科，它研究的是物质的构成单位——分子的世界。这是个中间的世界，既不是无限大，也不是无限小。这个世界不仅很复杂，而且充满变幻。本书通过讲述一个个有趣的化学故事，为你揭开这个奇妙的世界。这些故事具有语言通俗、篇幅简短、内容生动有趣、情节引人入胜、编排独到新颖的特点，每个故事都引人深思、发人深省。它可以成为青少年朋友的好伙伴，让你了解更多的化学知识，拓宽思路、丰富头脑；它还是家长的得力助手，帮助家长培养孩子对科学的兴趣，解答疑难问题。

　　希望本书能为你打开化学宝库的大门，带你走进化学世界的殿堂，遨游在化学的天地之中。

　　由于水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

　　编者

　　2013年1月

##揭示原子的奥秘

我们知道，物质最核心的部分是原子，它就像我们的大脑一样。发现它奥秘的是新西兰著名的化学家卢瑟福。

　　卢瑟福在19世纪70年代生于新西兰纳尔逊附近的泉林村。父亲是农民和工匠，母亲是乡村教师。他在小学时就对科学实验产生了兴趣。卢瑟福兄弟姐妹一共12人，他排行老四。

　　自然是美丽的，农村的生活是艰苦的。12个兄弟姐妹的生计全靠父母的劳作。卢瑟福的兄弟姐妹从小就知道生活的艰难，无需什么人教育，他们都知道要想生活得好一点就得自己动手、动脑去创造，需要踏踏实实地做事。卢瑟福在这种家庭中成长起来，养成了相互协作、尊重别人的良好品质。卢瑟福成名之后，他的这种品质仍然保留着。他被科学界誉为“从来没有树立过一个敌人，也从来没有失去过一个朋友”的人。

　　心灵手巧的父亲，乐观向上、勤劳朴实的母亲都是卢瑟福的榜样。他也喜欢动手动脑，显示出他非同寻常的创造天赋。卢瑟福的父亲是一个聪明又肯动脑子的人，他勤奋又有创造性。当开办亚麻厂时，他试验用几种不同的方法浸渍亚麻，同时利用水力驱动机器，选用本地的优良品种，结果他的产品被认为是
新西兰最好的。他还设计过一些装置能提高工作效率。他的这些行为深深影响了卢瑟福，使幼小的卢瑟福开始了自己的发明创造。

　　家里有一个用了多年的钟，经常停下来，很耽误事，大家都认为无法修理了。但是卢瑟福却不肯轻易把它丢掉，他把旧钟拆开，把每一个零件重新调整到位，清理钟内多年的油泥，重新

装好。结果，钟不仅修好了，而且还走得很准。当时照相机还是比较贵重的商品，卢瑟福竟然自己动手制作起来。他买来几个透镜，七拼八凑居然制成了一台照相机。他自己拍摄自己冲洗，成了一个小摄影迷。

　　卢瑟福这种自己动手制作、修理的本领，对他后来的科学研究工作极为有用。

　　有一次，卢瑟福应邀到英国学术协会作报告，正当他以实验来证明自己的说法时，仪器突然出了故障。卢瑟福不慌不忙地抬起头来，对观众说：“出了一点小毛病，请大家休息5分钟，散散步或抽支香烟，你们回来时仪器就可以恢复正常了。”果然几分钟后又能看他的实验了。

　　没有多年培养起来的动手能力和经验是很难有这样的自信心的。当时在场的一位一流物理学家对此颇有感慨：“这位年轻人（指卢瑟福）的前程将是无比远大的。”

　　幼年的卢瑟福与他的兄弟姐妹没有什么太明显的区别。如果说有什么不同之处，那就是喜欢思考、喜欢读书。在卢瑟福一生中曾起过重要作用的一本书，便是他10岁的时候从他母亲那儿得到的、由曼彻斯特大学教授巴尔佛·司徒华写的教科书《物理学入门》，这本书开始把他引上科学研究的道路。这本书不单单给读者提供一些知识，为了训练智力，书中还描述了一系列简单的实验过程。卢瑟福为书中的内容所吸引并从中悟出了一个道理，即从简单的实验中探索出重要的自然规律，这对卢瑟福一生的研究工作产生了重大的影响。

　　19世纪90年代中期，卢瑟福接受卡文迪许实验室主任汤姆生的建议，把研究方向转到放射性上。卢瑟福用强磁场作用于镭发出的射线，从中他发现，镭射线可以被分成3个组成部分，一种是易被吸收、偏转幅度大的带负电的部分射线，他称之为α射线；另一种是穿透性强、偏转幅度小的带正电的部分射线，他称之为β射线；同时他还根据实验预言，可能存在一种穿透能力更强、在磁场中不偏转的射线，这就是后来发现的并由他命名的γ射线。后来，他与来自英国的青年化学家索迪合作，于20世纪初首先发现了放射性元素的半衰期，提出放射性是元素自发衰变现象，放射性和光谱实验表明，原子有一个很复杂的结构。接着，他和索迪根据α射线和β射线在电
场和磁场中的偏转度，辨别出它们分别由带正、负电的粒子构成，指出放射性元素的原子衰变时释放荷电粒子而变成性质不同的新元素，列出了早期的镭、钍、铀的衰变图谱，确认α射线的能量占放射性元素辐射能量的99%以上，为他们后来以α射线作为研究原子结构的炮弹提供了根据。两年后他使用放射性元素的含量及其

半衰期，计算出太阳的寿命约为50亿年，开创了用放射性元素半衰期计算矿石、古物和天体年纪的先河。

　　卢瑟福在放射性研究上取得的一系列重大成果，使他扬名于世。他谢绝了一些著名大学的高薪聘请，而出任英国曼彻斯特大学的物理学教授，因为该校有设备先进的实验室和优越的科研条件。卢瑟福对α，β，γ射线做了大量的研究。第二年，他测算出β射线的电荷。5年后，他提出α粒子的带电量为2e，相对原子质量为3.84，认为α粒子失去电荷后应变成氦原子。之后，他与人合作，测定γ射线的性质和波长，确认γ射线是一种比X射线频率更高的电磁辐射。

　　卢瑟福早就有用α射线探索原子结构的想法。他发现α射线的能量比β和γ射线大99倍左右，几年后，他又发现α射线通过云母片时，出现了偏转2°的小角度散射现象。接着，盖革发现α射线的散射角与靶材料的相对原子质量成正比。同年，布拉格写信给卢瑟福，告诉他用α粒子轰击原子时发生α粒子急转弯的现象。这些现象促使他和盖革决定用重金属靶进行散射试验。

　　卢瑟福向正在试验的马斯登提出“看一看你是否能够得到从金属表面直接反射α粒子的效应”，结果，马斯登发现了等于和大于90度的大角度散射现象。卢瑟福以特有的洞察力和直觉，抓住这个反常现象。卢瑟福受“大宇宙与小宇宙相似”的启发，把太阳系和原子结构进行类比，提出了一个原子模型。他认为，原子像一个小太阳系，每个原子都有一个极小的核，核的直径在10-15米到10-14，这个核几乎集中了原子的全部质量，并带有几个单位正电荷，原子核外有几个电子绕核旋转，所以一般情况下，原子显中性。

　　卢瑟福发现了原子核以后，进一步用各种金属做“粒子散射实验”，发现不同的金属对粒子的散射能力不同，散射能力越强，证明原子核带的正电荷越多，因而斥力也就越大。

　　卢瑟福就这样向人们揭示了原子的奥秘，使我们对物质的认识更精确了一步，几乎可以说是打开了物质世界的大门。

###点评

千百年以来，人们对物质的组成颇感兴趣，许多的科学家为此投入了大量的时间和精力。卢瑟福对原子奥秘的揭示，为我们打开了物 …… 此处隐藏：10062字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……