铀能溶于王水吗?
金属铀能溶于王水。
铀(Uranium)的原子序数为92,元素符号是U,是自然界中能够找到的最重元素。在自然界中存在三种同位素,均带有放射性,拥有非常长的半衰期(数亿年~数十亿年)。
铀是元素周期表中第七周期的第三副族元素,锕系元素之一,是重要的天然放射性元素,元素符号U,原子序数92,原子量238。在整个元素周期表中,大约到铁的位置以后,每个原子核都有分裂的趋势,只是由于闸门阻止着才未分裂。在自然界发现的最后一种元素铀,闸门最弱,1936年由哈恩和他的同事斯特拉斯曼在实验中第一次打破的,就是这个元素。
地球上存量最多的同位素是铀-238,再者是可用作核能发电的燃料的铀-235,丰度最少的是铀-234。我们把238作为铀的平均原子质量。
铀的原子结构示意图是:小圈里写+92,七个电子层上的电子数分别是:2、8、18、32、21、9、2。
常见化合价:0、+3,+4,+5,+6,其中+4和+6价化合物稳定。
性质:活泼,能和所有的非金属作用(惰性气体除外),能与多种金属形成合金。空气中易氧化,生成一层发暗的氧化膜。
高度粉碎的铀空气中极易自燃,块状铀在空气中易氧化失去金属光泽,在空气中加热即燃烧,250℃下和硫反应,400℃下和氮反应生成氮化物,1250℃下和碳反应生成碳化物,250-300℃下和氢反应生成三氢化铀,三氢化铀在真空350-400℃下分解,放出氢气。
铀与卤素反应生成卤化物,铀能与汞、锡、铜、铅、铝、铋、铁、镍、锰、钴、锌、铍作用生成金属间化合物。
金属铀缓慢溶于硫酸和磷酸,有氧化剂存在时会加速溶解,铀易溶于硝酸,铀对碱性溶液呈惰性,但有氧化剂存在时,能使铀溶解。
铀及其化合物均有较大的毒性,空气中可溶性铀化合物的允许浓度为0.05mg/m3,不溶性铀化合物允许浓度为0.25mg/m3,人体对天然铀的放射性允许剂量,可溶性铀化合物为7400Bq,不溶性铀化合物为333Bq。
希望我能帮助你解疑释惑。
你好!
分子式:K2SO4·UO2SO4·2H2O
CAS号:
性质:黄色单斜结晶。密度3.363g/cm3。加热至120℃时失去2个结晶水。溶于冷水。由硫酸与氧化铀作用后,加入钾盐制得。用于制铀盐原料和化学分析。
硫酸双氧铀钾的故事
有人认为,磷光中可能含有X射线。
这件事引起了一位叫安东尼·多利·贝克勒尔的法国物理学家的兴趣,贝克勒尔从父亲那里找来了一瓶荧光物质——黄绿色的硫酸双氧铀钾,它在阳光下会射出磷光。已经知道,X射线能够透过黑纸,使底片感光。于是,小贝克勒尔进行了这样的实验。在阳光下,把包了黑纸的底片放在硫酸双氧铀钾附近,经冲洗,发觉底片感光了。这说明磷光中是含有X射线的。
不过,小贝克勒尔是一个办事仔细的人。他想再做几次看看,不巧,遇上了连阴雨,实验没法进行。等天气再度转晴时,小贝克勒尔又着手实验。在实验之前,他抽出两张底片检查一下,看有没有漏光,抽查的结果使小贝克勒尔大为震惊:两张底片都已曝光,其中有一张上还有钥匙的影子。
这是怎么回事呢?底片是用黑纸包好后,放在抽屉里的。钥匙是那天顺手往抽屉里一撂,落在一卷底片上,在桌子上,只有一瓶硫酸双氧铀钾,它没有受到阳光照射,不会射出磷光,为什么底片会感光呢?
小贝克勒尔猜想,可能硫酸双氧铀钾本身会射出一种看不见的射线(由于铀是放射性元素的缘故)。这种射线也能透过黑纸,使底片曝光,小贝克勒尔经过深入研究,证明他的猜想是正确的,就这样,小贝克勒尔成为世界上第一个发现发放射现象的人。
其实,在月光下,硫酸双氧铀钾射出的磷光,并不含有X射线。小贝克勒尔最初在阳光下优质的实验,实际上是放射性射线使底片感光,而他误以为是X射线罢了。
后来,有人认为,小贝克勒尔发现放射下旬纯属偶然。当然,那几天正好遇上阴雨,这是偶然因素。但是,小贝克勒尔做实验总要反复几次,做实验前还抽查底片,这不能不归功于他的细心。如果他只做了一次,或者不抽查底片,也不可能成功。
与小贝克勒尔几乎同理,另一位科学家也了现底片跟硫酸双氧铀钾放在一起会感光,只不过他以为这没有什么可研究的,把它轻轻的放过了,有人说过这样的话:“在观察的领域中,机遇只偏爱那些有准备的头脑。”这些话,在小贝克勒尔发现放射现象这件事中得到了印证。
谢谢!
铀是银白色金属,熔点1132℃,沸点3818℃,密度19.05克/厘米3。铀的化学性质活泼,在空气中生成致密的氧化膜,防止进一步氧化。铀在空气中能自燃,在不同温度下与氢、氟、氮、碳发生反应,并能与铜、锌、汞、铝、钛、锰、铁等形成合金。铀的氧化态为+3、+4、+5、+6.氧化物有UO2、U4O9、U3O8、UO3、UO4。以铀238和铀235为始祖核素,分别组成两个天然放射性衰变系,即铀镭系和锕铀系。铀的毒性很大,中毒会引起肾脏病变。
铀的提取是用硫酸或碳酸钠分解铀矿,然后用溶剂萃取法分离提纯,最后转化为四氟化铀,用金属镁或钙在高温下将四氟化铀还原为金属铀。铀主要用作核燃料,在核反应堆中释放出巨大能量,用于发电、核武器以及潜艇、远洋货轮的动力装置。少量铀用于玻璃着色和陶瓷釉料。
65.1.4.1 铀的价态分析
(1)铀矿石和岩石中铀(Ⅳ)和铀(Ⅵ)的测定
方法提要
试样在高浓度硫酸羟胺、邻菲啰啉、无水碳酸钠保护剂存在下,加入氢氟酸在(40±5)℃温度下瞬间进行分解。此时试样中的铀(Ⅵ)以UO2+2形式进入溶液,并立即生成稳定的UO2F2配合物而试样中铀(Ⅳ)则生成溶解度极小的UF4沉淀。当用钍作载体时,铀(Ⅳ)沉淀被定量载带下来。用抽滤法快速将沉淀和滤液分离。抽滤后的铀(Ⅳ)沉淀视含量高低分别选用容量法或激光荧光法进行测定。方法适合于2×10-6以上铀(Ⅳ)的测定。
铀(Ⅵ)的含量可用总铀量减去铀(Ⅳ)量求得也可以由滤液中分取部分溶液经破坏有机物后转入50mL容量瓶中,用激光荧光法进行铀(Ⅵ)量的测定。方法适合于1×10-7以上铀(Ⅵ)的测定。
仪器和装置
激光荧光铀分析仪。
布氏漏斗内径50mm。
试剂
无水碳酸钠。
邻菲啰啉。
硫酸羟胺。
氢氟酸。
高氯酸。
硝酸。
盐酸。
磷酸。
硫酸。
氯化钙溶液(50g/L)。
硫酸钍溶液(0.5mol/LH2SO4溶液中含Th2.5mg/mL)。
三氯化钛溶液(150g/L)。
亚硝酸钠溶液(150g/L)。
尿素溶液(200g/L)。
硫酸亚铁铵溶液(100g/L)。
铀荧光增强剂(核工业北京地质研究院生产,简称J-22)。
混合溶液(J-22100mL加入900mL2.5g/LNaOH溶液混合)。
钒酸铵标准溶液(对铀的滴定度T=0.0003g/mL)配制及标定方法见本章
65.1.3.1亚铁还原-钒酸铵氧化容量法。
铀标准储备溶液ρ(U)=1.00mg/mL称取0.2948g烘干的基准试剂八氧化三铀于烧杯中,加入10mLHNO3,加热至完全溶解,蒸发至近干后,加入10mLHNO3提取,用水冲洗表面皿并转入250mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。
铀标准溶液ρ(U)=10.0μg/mL用(1+99)HNO3稀释铀标准储备溶液配制。
根据需要移取适量铀标准溶液分别配制0.2μg/mL和1.0μg/mL铀标准工作溶液。
二苯胺磺酸钠指示剂(5g/L,溶解于0.5mol/LH2SO4溶液中)。
铀空矿(铀含量小于1μg/g的长石)。
分析步骤
A.试样分解及U(Ⅳ)与U(Ⅵ)的分离。于干燥的塑料烧杯中加入0.6g硫酸羟胺、0.3g邻菲啰啉、50.0mg铀空矿,称入25~50mg(精确至0.01mg,视总铀含量)试样,然后加入2mLHF,立即摇动烧杯,迅速依次加入8mL温度为(40±5)℃的硫酸钍溶液、0.1gNa2CO3和1mLCaCl2溶液,并不断搅匀后,立即将试样转入已预备好的布氏漏斗进行快速抽滤。溶液抽干后用4~5mL0.5mol/LH2SO4洗涤烧杯和滤纸各3~4次。将沉淀及滤纸转入100mL烧杯中,用水冲洗漏斗,洗液并入烧杯中,待处理后供测定铀(Ⅳ)用。
B.铀(Ⅳ)沉淀的处理。在盛有铀(Ⅳ)沉淀的烧杯中加入14mLHNO3和5mLHClO4,置于电热板上加热溶解直至蒸干冒尽白烟,视铀含量的高低分别选用容量法或激光荧光法进行铀的测定。
a.容量法测定铀(Ⅳ)。向上述处理过的铀沉淀加入2mLHCl,提取盐类并加热至1mL左右,沿壁加入20mL(2+3)H3PO4,再加热溶解,并转入锥形瓶中,总体积控制在30mL左右,在不断摇动下,逐滴加入三氯化钛溶液直至出现稳定的紫红色,再过量2滴,放置5min,加1mLHCl和1.5mLNaNO2溶液,用力摇动锥形瓶至棕色褪去,加5mL尿素溶液,继续摇动至气泡消失。5min后加2滴二苯胺磺酸钠指示剂,用钒酸铵标准溶液滴定至出现微红色为终点。
b.激光荧光法测定铀(Ⅳ)。向上述处理过的铀沉淀中加入5mL(1+2)HNO3,置于已预热的电炉上加热使盐类溶解,并立即取下烧杯,将溶液转入50mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,放置过夜。分取0.50mL以上试液于测量石英皿中,加入4.5mL混合溶液进行测量,记录铀荧光强度(F1),准确加入适量体积、适量浓度的铀标准溶液,搅匀,再测量其荧光强度(F2)。
(2)总铀量的测定
a.激光荧光法测定总铀量。称取0.1g(精确至0.0001g)试样置于30mL聚四氟乙烯坩埚中,加入2mLHF、5mLHNO3和2mLHClO4,摇匀,置于已预热的电热板上加热分解,盖上盖子,中温微沸至试样分解完全。去掉盖子继续加热至白烟冒尽,取下坩埚,沿壁加入5mL(1+2)HNO3,以下操作按上述激光荧光法测定铀(Ⅳ)步骤进行。
b.容量法测定总铀量。称取0.1~0.3g(精确至0.0001g)试样置于150mL玻璃烧杯中,加水湿润试样,加20mLHCl、2mLHF和15mLH3PO4,摇匀后置已预热的电炉上加热分解,至试样液面无大气泡为止。取下烧杯稍冷后加入25mL热水,摇匀,再加热至沸时加入3mL硫酸亚铁铵溶液,沸腾后立即取下烧杯,趁热过滤,滤液收集于250mL锥形瓶中,用25mL(2+3)H3PO4分别洗涤烧杯和漏斗,在室温下,加1mLHCl、1.5mLNaNO2溶液。以下操作按容量法测定铀(Ⅳ)步骤进行。
按式(65.1)计算容量法测定铀的含量。
按式(65.30)计算激光荧光法测定铀的含量:
岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析
式中:w(U)为试样中铀的质量分数,μg/gF1为试样中铀荧光强度F2为试样加入铀标准溶液后荧光强度V3为试样加入铀标准溶液的体积,mLρ(U)为加入铀标准溶液的浓度,μg/mLV1为试样溶液的总体积,mLV2为分取试样溶液的体积,mLm为称取试样的质量,gw(BK)为空白试验铀质量分数,μg/g。
注意事项
1)试样分解及铀(Ⅳ)的分离操作应尽快完成,防止四价铀被氧化。
2)测定方法视铀含量而定。低含量铀的测定也可以采用光度法或极谱法,但应在铀(Ⅳ)和铀(Ⅵ)分离以后,再经TBP色层柱富集铀并与干扰元素分离后测定。
(3)沥青铀矿中铀(Ⅳ)和铀(Ⅵ)的测定
方法提要
试样经氢氟酸-硫酸分解,四价铀以四氟化铀形式沉淀,加入二氧化硅后四氟化铀溶解:
3UF4+2SiO2+6H2SO4=3U(SO4)2+2H2SiF6+4H2O
然后在磷酸介质中用钒酸铵标准溶液滴定四价铀。六价铀的含量用常规方法测定总铀量减去四价铀求得。
试剂
二氧化硅粉末(<74μm)。
硫酸。
磷酸。
氢氟酸-硫酸混合液50mLHF与100mL0.5mol/LH2SO4混合,贮存于塑料瓶中。
钒酸铵标准溶液(对铀的滴定度T=0.0003g/mL)配制及标定方法见本章
65.1.3.1亚铁还原-钒酸铵氧化容量法。
N-苯基邻氨基苯甲酸溶液称取0.2gN-苯基邻氨基苯甲酸溶解于2g/L碳酸钠溶液中。
二苯胺磺酸钠溶液称取0.5g二苯胺磺酸钠溶解于100mL0.5mol/LH2SO4中。
分析步骤
称取5~10mg(精确至0.01mg)试样置于50mL聚四氟乙烯烧杯中,加入3mLHF-H2SO4混合液,摇匀,盖上塑料片,放置5min,待绿色沉淀出现后,加入3~5g二氧化硅粉末,加入10mL近沸的6mol/LH2SO4,加热煮沸8~10min。稍冷,转入100mL锥形瓶中,用20mL(25+75)H3PO4分4次洗涤烧杯,合并于锥形瓶中,在冷水中冷却至室温。加入二苯胺磺酸钠和N-苯基邻氨基苯甲酸指示剂各2滴,用钒酸铵标准溶液滴定至呈现稳定紫色即为终点。
按式(65.1)计算铀(Ⅳ)的含量。
六价铀的含量同65.1.4.1(1)铀(Ⅳ)和铀(Ⅵ)的测定。
注意事项
5mg试样中,含10μg钒(Ⅴ)、20μg铁(Ⅲ)、50μg钼(Ⅵ)、3mg钛(Ⅳ)和5mg锰(Ⅱ)不影响测定结果,二氧化锰的存在使铀(Ⅳ)的结果严重偏低。
65.1.4.2 铀的顺序提取形态分析
在地球化学环境中,铀是比较容易迁移的元素。在还原条件下,铀迁移大多只限于厘米级的范围。当环境具备充分的氧化性使铀酰离子及其配合物保持稳定时,铀可以从蚀变源岩迁移很远,直至溶液化学变化导致铀矿物沉淀。当氧化铀接触较强还原能力的环境时,铀即还原并形成晶质铀矿、铀石或钛铀矿。在广泛变化的环境中可形成六价铀矿物沉淀,进而形成种类繁多的铀酰矿物。由于在氧化的水溶液环境中,晶质铀矿可以迅速溶解,进而形成发育复杂的铀酰矿物与晶质铀矿的共生组合。利用铀矿物和铀形态分析研究铀迁移活动规律在近年来受到重视,利用铀分量进行地球化学找矿应用研究也引起关注。
方法提要
采用顺序提取方法用不同试剂提取砂岩铀矿地质试样中铀及伴生元素钒、钼、硒、铼、铅的各形态,以ICP-MS法进行测定。提取方法采用Tessier流程,提取的形态为:可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残余态。
通过模拟验证并在已知矿区的应用,对本方法的实用性进行检验。结果表明,碳酸盐结合态铀具有指示地下铀矿信息的特征。
仪器与装置
电感耦合等离子体质谱仪。
自动控温电热板最高温度为400℃,控制精度小于5℃,表面有聚四氟乙烯涂层。
恒温干燥箱(-20℃~400℃)。
离心机。
试剂
盐酸。
硝酸。
氢氟酸。
高氯酸。
过氧化氢。
乙酸c(HAc)=0.11mol/L在通风橱中向1L有刻度的聚丙烯瓶或者聚乙烯瓶中加入大约0.5L水,然后加入(25±0.2)mLHAc,用水稀释至刻度,摇匀。取此溶液250mL用水稀释至1L,摇匀。
盐酸羟胺-乙酸溶液c(NH2OH·HCl)=0.04mol/L称取2.78gNH2OH·HCl,溶于(1+3)HAc溶液中,移至1000mL容量瓶中,以(1+3)HAc稀释至刻度,摇匀。
乙酸铵溶液c(NH4Ac)=3.2mol/L称取246.7gNH4Ac,溶于(1+4)HNO3,转移至1000mL容量瓶中,以(1+4)HNO3稀释至刻度,摇匀。
上述试剂均为高纯或MOS级,实验用水为去离子蒸馏纯化水。
分析步骤
(1)总铀及伴生元素含量测定的试样处理
称取50mg(精确至0.01mg)试样(160目)置于聚四氟乙烯消解罐中,加入6mLHF和2mLHNO3,加盖盖紧,放到恒温干燥箱中于180℃加热消解48h,待溶液澄清后补加3滴HClO4,在电热板上加热至冒白烟,蒸发至近干。然后用2mL(1+1)HNO3提取,再放到恒温干燥箱中于180℃加热消解2h,然后转移至50mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。用ICP-MS法测定。
(2)铀及伴生元素的各种形态的顺序提取
称取1g(精确至0.0001g)试样置于50mL离心管中,按以下步骤提取各形态溶液。
a.水溶态。于离心管中加入25mL水,在室温下适当搅拌浸泡3h。然后置于离心机中以3500r/min的速度离心分离30min,移出上部清液,再用8mL水分两次洗涤并离心分离,将上部清液及洗涤液均过滤收集于50mL容量瓶中,加入1mLHNO3,用水稀释至刻度,摇匀待测。
b.碳酸盐结合态。在上述经提取后的离心管中加入20mL0.11mol/LHAc(pH=5.0),在室温下提取5h,然后置于离心机中以3500r/min的速度离心分离30min,移出上部清液,再用8mL水分两次洗涤并离心分离,将上部清液及洗涤液均过滤收集于50mL容量瓶中,加入1mLHNO3,用水稀释至刻度,摇匀待测。
c.铁锰氧化物结合态。在经提取碳酸盐结合态后的离心管中,加入20mL0.04mol/LNH2OH·HCl溶液,置于水浴中加热,间歇搅拌,在(95±1)℃下恒温提取3h,然后置于离心机中以3500r/min的速度离心分离30min,移出上部清液,再用8mL水分两次洗涤并离心分离,将上部清液及洗涤液均过虑收集于50mL容量瓶中,加入1mLHNO3,用水稀释至刻度,摇匀待测。
d.硫化物及有机物结合态。在经步骤c.提取后的离心管中,加入10mLH2O2和6mL0.02mol/LHNO3,慢慢搅拌。待反应平缓后,将离心管置于恒温水浴中,间歇搅拌,在(86±1)℃下提取2h。从水浴中取出离心管,冷却后,再补加上述混合提取液,仍在(86±1)℃下提取3h,使试样氧化完全,然后加入10mL3.2mol/LNH4Ac溶液,在室温下搅拌30min,然后置于离心机中以3500r/min的速度离心分离30min,移出上部清液,再用8mL水分两次洗涤并离心分离,将上部清液及洗涤液均过滤收集于50mL容量瓶中,加入1mLHNO3,用水稀释至刻度,摇匀待测。
e.残余态。可用铀及伴生元素全量减去以上四种形态之和。或者将提取后的离心管中的残余物,移入聚四氟已乙烯烧杯中,加入3mLHF和1mLHNO3,微热消解。如溶解不完全,可继续补加少量HF和HNO3,至消解完全。加入0.5mLHClO4,加热至冒白烟,蒸发至近干,然后用5mL(1+1)HNO3溶液提取,转移至50mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀待测。
(3)等离子体质谱法测定
根据铀及伴生元素的各种形态的不同浓度范围,由单元素标准储备溶液配制下列标准溶液系列:
标准1Re:0、0.50、1.00、1.50ng/mL
标准2Mo、Se:0、5.00、10.0、20.0ng/mL
标准3V、Pb、U:0、50.0、100、200ng/mL。
在优化好工作参数的ICP-MS上测量标准溶液系列,得到V、Mo、Se、Re、Pb、U的校准曲线,然后在相同条件下测定各形态试样溶液,计算机计算铀及伴生元素的各种形态的含量(μg/g)。
幸福工厂多余的硫酸处理方法是放在搅拌机里制作成非裂变铀和水。首先把核废料,硝酸,硫酸和硅在搅拌机里制作成非裂变铀和水。再把非裂变铀和核废料通过粒子加速器制作成钚颗粒。
然后把钚颗粒和混凝土,在制造机里制作成封装钚单元,再把封装的钚,钢梁,电磁管道,散热铝片,通过高级制造机,制作成钚核燃料棒。最后,放入分解器里拿门票。
幸福工厂游戏的攻略
玩家在游戏中的基本目标就是通过建立自动化网络来自动收集资源和材料并生产,然后解锁更多的建筑物和材料,再制作更复杂的材料,建成更大更复杂的建筑网络。
最终,工厂扩到非常大的规模,并从远距离运输资源以满足需求。虽然游戏与异星工厂有相同的部份,但有几点主要区别第一个主要区别就是地图。本作没有任何随机地图可生成,只有一张单一的地图。
但这张地图真的很大,大到玩家在正常游戏时甚至不会探索到其中的三分之一。此外,这是一张手工制作的3D地图,意味着探索时要比任何随机生成的地图都要有趣得多。地图里还有巨大的山脉和洞穴系统,有大量的空间场景可供探索与使用。
在众多的化学元素中,铀是一位大名鼎鼎的“人物”。你可知道,它的童年却是漫长而又平凡的。
1789年,德国人克拉普罗兹用一种黑色的沥青状的矿物做实验,得到一种外表非常像金属的带光泽的黑色物质,他认为这是一种新元素。为了纪念1781年发现的天王星,克拉普罗兹把它命名为铀,即天王星的意思。
1841年,化学家佩利戈特从这种黑色的有着金属光泽的物质中分离出氧元素,才知道它不是单质的铀而是化合物。次年,他提取到银白色的金属铀。可是金属铀发现后,仍然是充当玻璃、瓷和珐琅的“着色师”的角色。把万分之一的铀化物掺进玻璃,玻璃就着上鲜艳的黄色。
1895年,德国物理学家伦琴发现了“X射线”。为了弄清楚X射线与荧光之间的关系,法国物理学家亨利·贝克勒尔用一块含铀的荧光物质硫酸钾铀做实验。那天,天空阴云密布,他只好把硫酸钾铀连同底片还有一把钥匙一起收藏在抽屉里。不久太阳露出笑脸,贝克勒尔立即准备重新实验。他按照惯例试冲了底片,竟发现底片不但跑光了,而且底片上还留下一把清晰的钥匙的影像。怎么回事?自然光根本进不去,荧光物质硫酸钾铀事先又未经阳光曝晒,不可能发出荧光,显然底片感光和荧光没有关系。经过反复研究,贝克勒尔得出结论,铀元素能从物质内部自发地放射出一种肉眼看不见的射线,它既不同于伦琴发现的x射线,也不同于荧光。从此,掀起了一个轰轰烈烈的研究放射性的热潮。
读了贝克勒尔发现铀的天然放射性的研究报告之后,皮埃尔·居里(1859—1906)和他的妻子玛丽·居里(1867—1934)决心把放射性的研究工作深入下去。
他们找来各种铀矿石和铀化物,进行了相当详细的考察工作。他们观察到铀在化合物及矿石中虽然有各种各样的存在方式,但是无论以哪一种方式存在,都会有放射性。居里夫妇还初步发现铀化物和铀矿石的放射性强度随着铀元素的含量多少而增减。一次又一次地更换样品,一次又一次地测量,结果表明:铀含量和强度之间存在着正比关系。居里夫妇的上述考察是两种推理形式的应用,一是求同法,二是共变法。
铀矿石和铀化物的组成成分尽管多种多样,但只有一个共同点,那就是都有铀元素存在,因此,铀元素的存在是产生放射性的原因。这是求同法推理。
当铀元素含量增加时,放射性强度也增强,可以推出铀元素是产生放射性的原因。这又是共变法推理应用。
居里夫妇的上述考察不仅进一步验证了贝克勒尔的发现,而且得到了这样两个结论:铀元素的放射性与它在铀化物及铀矿石中究竟以什么形式存在完全无关,并且含量与放射强度之间存在正比关系。
实验在继续,样品换成了沥青铀矿。意外的结果出现了,这种铀矿的放射性强度比根据该矿石中含铀量推算出来的放射性强度强4倍!玛丽·居里大胆地推测道,沥青铀矿里含有一种极少量的物质,它们的活动能力比铀本身强烈得多;它必定是一种新的元素。
居里夫人没有告诉人们,她作出这种大胆的假设究竟运用了哪种推理。
如果已知被研究的某一复杂现象是由另一复杂原因引起的,那么把其中确认因果的部分减去,剩余部分也必互为因果。居里夫人的大胆推测就是建立在这一剩余法推理之上的。剩余法推理也是判明现象因果联系的归纳方法之一。
简单地说,剩余法推理就是做减法。既然一定的铀含量所具有的放射性强度只是现在测到的强度的四分之一,那么,把已确定了因果联系的部分原因和部分结果除去,一定还有某种未知的元素产生了剩余的放射性。
居里夫妇带着十分激动的心情,搞到了几吨沥青铀矿。他们在一个很小的木棚里盖了一个作坊,在很原始条件下以极大的毅力在这些很重的黑色矿中寻找这些微量的新元素,他们在大缸里溶解矿石,用铁锅蒸发溶液,整天和大量的有刺激性、腐蚀性的盐酸、硫酸、氢氧化铵以及散发着臭鸡蛋味的有毒气体——硫化氢打交道。
两年之后,1898年7月,他们从几吨矿石中先后得到两份放射性很强的物质。一份是铋的沉淀物,一份是钡的沉淀物。居里夫人的假设得到了完全的证实。
玛丽·居里把夹杂在铋里的新元素命名为钋;把夹杂在钡里的另一种新元素命名为镭。现在知道,镭和钋分别是铀的第六代和第六代以后的子孙。矿石里发现的镭和钋是铀放射线之后演变出来的。
尽管沥青铀矿中,镭的含量约为铀含量的三百万分之一,钋的含量更少,但镭的放射性强度是铀的几百万倍,而钋的放射性强度是铀的上百亿倍!
运用剩余法推理,除了要注意判明复杂现象的一部分结果是由一部分原因引起的,而剩余部分不可能是这些情况引起的。还必须注意,复杂现象的剩余部分的原因,可能是个复因,还需作进一步研究。居里夫妇在得到了钡的沉淀物之后,没有停止实验,而是继续进行化学分离,直到找到全部的原因,即分离出铋的沉淀物。
居里夫妇从沥青铀矿中分离出镭和钋的实验,不愧为运用剩余法推理的典范。
古希腊的科学家泰勒斯(公元前6世纪),曾断言一切物质都是由水产生的。两千多年后比利时的约翰·范·赫尔蒙脱(1577—1644),仍对泰勒斯的这一学说信守不渝。赫尔蒙脱是医生、炼金士,同时也是神秘思想家。他热心寻找“哲人之石”,并宣称找到了。他还相信“自然发生说”,甚至提出了用小麦孵化老鼠的方法。这些自然很荒唐。但是,他倒不是幽居密室冥思苦想,而常常求助于实验。只是他的实验不那么科学、严密,常常走到真理的门槛外,又折向了他处。
他曾做过这样一个实验:把经过准确计量的泥土放进一个盆子里,然后栽上一棵柳树苗,只浇水。5年后,柳树重量增加了164磅,但泥土只减轻了二盎司。赫尔蒙脱据此得出结论:植物的质体确实是以水为原料生成的。
他压根就没想到,柳树长高、变重这一复杂现象也是由复杂原因引起的。
柳树与柳树苗相比,其中的水分、无机盐类和碳等,都按比例地大增。水分来自每天所浇的水,无机盐得之于泥土,诉之于剩余法,就得追究碳的来历。
后来的科学家发现:柳树和其他一切植物都是从空气中吸取二氧化碳,以二氧化碳和水为原料,借助光合作用,使自身长高、变重。
赫尔蒙脱是第一个承认存在着几种与空气很相像但又不是普通空气的气体,还着重研究过木头燃烧时产生的气体,它正是柳树所吃营养物质——二氧化碳。
不少逻辑书籍谈到剩余法时,都举海王星的发现为例加以说明:天文学家观察出天王星的运行轨道在四个地方发生倾斜。已知三个地方的倾斜现象是由于受到三个已知行星的吸引,于是便确定剩余的一个地方的倾斜现象,是受了一个未知行星的吸引。后来,天文学家果然观察到了一颗行星,即海王星。
实际上海王星的发现并非是剩余法的运用,而是类比推理的运用。即是说,将第四个倾斜点与其他三处进行类比,既然那三处都是受到已知行星的吸引,那么,第四处也可能是受到某个行星的吸引。
如果这第四处是由于多种原因造成的异常倾斜,而我们已经知道了其中的某种原因,减去相关的因果现象,随后找出新的原因,这才算是剩余法运用。