炼金术士，他真的是化学的创始人吗？
古代炼金术士和炼丹师梦想的两件事就是长生不老和点石成金。
虽然今天我们都知道这两件事是不可能成功的，但在人类早期，人们一直相信这是可以做到的。因此，在中国古代宫廷中，道士地位很高，往往受人尊敬。中国历史上许多皇帝都是因“仙丹”中毒而死的（唐太宗和雍正都痴迷于仙丹）。
在国外，直到19世纪，欧洲人普遍相信“点石成金”，著名物理学家牛顿晚年研究炼金术近三十年。
古代炼金术士
在人类早期，人们对自然的认识还十分有限，人们看到木材燃烧之后，只剩下少量的灰烬，仿佛物质被火带走了，相反一棵小小的幼苗却能长成参天大树，似乎可以无中生有。这让人们相信，物质是可以随意转化的，那么，碰石头能点石成金吗？
炼金术士和炼丹师的努力虽然失败了，但是他们的工作为化学科学的发展积累了化学实验操作的经验，发明了许多化学实验仪器，了解了许多天然物质的性质，成为近代化学产生和发展的基础。
质量守恒定律，炼金术士只能梦想！
科学在发展，时代在进步，18世纪中后期，英国化学家布莱克发明了天平网校头条，使人们能够进行各种定量实验，从而认识了越来越多的元素种类。
后来拉瓦锡用他高超的实验技巧，总结出了质量守恒定律核裂变反应方程式，在化学反应前后，原子的种类和数量是不会发生变化的，所以我们从化学变化的本质知道，我们不可能把铜、锡、铅、铁等普通金属变成黄金。
因此，当质量守恒定律被广泛认可之后，炼金术便受到了批判，失去了市场。
从此，炼金术被科学家视为迷信、落后的代名词，被扔进了历史的垃圾箱。借助天平，实验成果逐渐积累，化学理论也逐渐完善。从18世纪开始，从道尔顿的原子理论到阿伏伽德罗的分子理论，化学家们对物质的微观结构有了更深入的了解。1869年，63种元素被发现，门捷列夫排列元素周期表，发现元素周期律，从此掀起了化学界的革命。人们开始热衷于寻找新元素。
光谱分析技术的发现，不仅帮助人们找到了更多的元素，而且帮助我们发现太阳以及宇宙中其他行星与地球一样，都是由多种元素构成的。
当活性最低的稀有气体也被发现时……
就在一百年前，拉瓦锡等化学家还在问宇宙是由什么构成的。现在，科学家知道整个宇宙是由八十多种元素构成的。
预言成真了，元素不是永恒的！
然而，真理总有其阶段。
虽然我们知道这世上是没有长生不老药的，但是人类的寿命却在逐渐提高，而现代医学对于衰老分子的发现和治疗、基因工程的进步，让人类似乎距离长生不老的梦想越来越近。
同样，当科学家们以为所有元素都已被发现、化学科学已臻完美时，一项突破性的新发现出现了！1895年，伦琴！他！发现了！X射线！
X射线可以自由穿透许多物质，例如可以穿透衣服、穿透人体，留下人体骨骼的影像，因此在X射线被发现的第四天，医生就用它检查病人。
在X射线研究的热潮中，贝克勒尔发现了新射线。他发现所有铀化合物都能自发地、持续地发射出一种新射线——铀射线。
你是如何发现它的？
贝克勒尔在研究X射线的感光性时，先用黑纸包住感光胶片，然后在纸上放上一块金属片，最后在金属片上撒上一些磷光物质，再放在阳光下曝光。因为只有在阳光的照射下，磷光物质才能发出持续而强烈的荧光。
连续四天都是阴天，但第五天太阳出来了。贝克勒尔担心阴天的光线也可能使胶片敏感，于是决定冲洗胶片进行测试。结果，胶片上的图像非常清晰，这让他大吃一惊。既然没有阳光他就能得到清晰的图像，那么在黑暗中会发生什么呢？他接着把磷光物质放在用黑纸包裹的照相底片上，并将它们一起放在一个密封的盒子里。结果，即使完全消除外界光线，胶片上仍然会出现清晰可见的图像。
既然没有阳光也能拍出清晰的图像，那么在黑暗中会发生什么呢？于是，他把磷光物质放在用黑纸包裹的胶片上，一起放进一个密封的盒子里。即使完全隔绝外界光线，胶片上仍然能拍出清晰的图像。贝克勒尔研究后，发现了物质的放射性。
贝克勒尔，你真是一个幸运又勤奋的男孩！
铀及其化合物不断发出射线，辐射出能量。这种能量从何而来？这种独特射线有什么性质？居里夫人对此很感兴趣，决心要揭开它。居里夫人做了大量工作，发现元素发出辐射的现象不仅仅是铀的特性，而是一些元素的共同特性。她把这种现象称为放射性，并把具有这种性质的元素称为放射性元素。它们发射出的射线被称为“辐射”。
她把目光瞄准那些放射性矿物，准确地测量出了元素的放射性。在实验中，她发现一种沥青铀矿的放射性比其他铀矿石强得多，这表明实验矿物中含有放射性元素。她在实验报告中公布了她的发现，并试图通过实验来证实。就在这关键时刻，她的丈夫皮埃尔·居里意识到，妻子经过几个月的努力，他们从矿石中分离出一种比铀放射性强得多的物质，这种物质后来被列为元素周期表的第84位元素。居里夫人把她发现的第一个元素命名为钋，以纪念她的祖国波兰，当时波兰被俄国占领。几个月后，他们又发现了另一种新元素，并把它命名为钋。它被称为镭。
皮埃尔·居里 玛丽·居里
与铀相比，镭发出的辐射强度要大得多。镭辐射的亮度可以用于夜间照明。1g镭每小时可以释放出大约140大卡的热量。镭的发现引起了整个科学界的轰动，因为一百多年来，物理学和化学的基础都是质量和能量守恒定律。镭不断辐射出的能量从何而来？能量如何从无到有创造出来？
世界顶级实验室随即开始对镭进行研究，进一步研究发现，镭在释放能量的过程中，不仅会自发辐射出能量，还含有氦正离子的带电粒子，而它本身则变成了元素铅。也就是说，镭在释放能量的同时，也在走向毁灭，变成另一种元素。
从此元素不再是永恒不变的，人类历史上首次实现了“炼金术”，当时很多著名的科学家都拒绝承认这个事实，他们无法接受世界最基本的原理——物质不灭定律和能量守恒定律被颠覆的事实。
为了最终证实这一科学发现，用事实让科学界信服地接受这一新的事实，为了进一步研究镭的各种性质，居里夫妇连续努力了三年零九个月，从无数吨的沥青铀矿中分离、提纯出纯净的镭盐。1902年底，居里夫人提取出1毫克纯净的氯化镭，并准确地测定了它的原子量，从此证实了镭的存在。镭是一种极难获得的天然放射性物质，它是一种有光泽的白色晶体，看上去就像细盐。在光谱分析中，它的谱线与任何已知元素的谱线都不同。
镭有什么用途？
镭虽然不是人类发现的第一个放射性元素，但却是放射性最强的元素。医学研究发现，镭射线对不同的细胞和组织的作用有很大差异，那些繁殖速度快的细胞会因此死亡。这一发现使镭成为治疗癌症的有力手段。癌性肿瘤是由繁殖异常快的细胞组成的，镭射线对它们造成的损害要远远大于对周围健康组织的损害。这种新的治疗方法很快在世界各国发展起来，在法国，镭疗法被称为居里疗法。镭的发现对于促进科学理论的发展及其在实践中的应用具有重要意义。
由于居里夫妇的惊人发现，他们和贝克勒尔于1903年12月共同获得了诺贝尔物理学奖。在成功提取镭之后，有人劝他们向政府申请专利，垄断镭的生产，大赚一笔。居里夫人说：“那是违背科学精神的，科学家的研究成果应该公开发表，别人的研究不应该受到限制。”“再说镭对病人有好处，所以我们不应该用它来治疗疾病。”1910年，居里夫人与他人合作成功地提取了镭元素，并研究了它的物理性质，1911年，居里夫人因对镭的提取和性质的研究，获得了诺贝尔化学奖。
玩转元素，核反应威力巨大！
各种射线的成分是什么？
英国物理学家卢瑟福设计了一个非常巧妙的实验来研究辐射。他把放射性元素铀放在一个铅容器里，只在铅容器上留一个小孔。由于铅可以阻挡辐射，所以容器上只能看到一个小孔。一小部分射线从小孔中射出，形成一束非常窄的辐射束。
卢瑟福在辐射束附近放置了一块非常强的磁铁，并在辐射方向上放置了不同厚度的材料，以观察辐射是如何被吸收的。
他找到：
第一种射线不受磁场影响，也就是说它不带电，穿透力很强，纸张、木屑等普通材料无法阻止它向前移动，只有铅板才能完全阻挡它，卢瑟福把它称为伽马射线。
第二种射线会受到磁场的影响，向一侧偏转，从磁场的方向可以判断，这种射线是带正电的，这种射线的穿透力非常弱，一张纸就能完全挡住，这就是卢瑟福发现的α射线。
第三类射线根据其偏转方向可确定带负电，具有与快速移动的电子相同的性质，称为β射线。
经过进一步的实验研究，卢瑟福发现α射线是带正电的粒子流，是氦原子的离子，即He2+，而γ射线则是波长很短的电磁波，后来贝克勒尔进一步证实β射线是电子流。
卢瑟福由此证明了放射性是原子的自然衰变。他证实放射性涉及一种元素衰变为另一种元素。他还注意到，在放射性物质样本中，一半样本衰变的时间几乎相同。这就是物质的“半衰期”，卢瑟福提出了放射性半衰期的概念。他还根据这一现象建立了一种实用的方法，用物质的半衰期作为时钟来探测地球的年龄。结果表明，地球的年龄比大多数科学家认为的要老得多。
他对放射性的研究，确立了放射性是一种源于原子内部的变化。放射性可以将一个原子变成另一个原子，这是一般物理化学变化所无法企及的；这一发现打破了元素不能分离的传统变化观念，使人们把物质结构研究到一个新的层次，即原子内部。卢瑟福因对元素转化和放射化学的研究，荣获1908年诺贝尔化学奖，为了纪念他，该奖以“卢”命名。
其实核反应是宇宙中早已存在的极其重要的自然现象，除氢元素外，现存的所有化学元素都是通过自然核反应合成的。恒星中发生的核反应，是恒星辐射出巨大能量的来源。核反应则不同，化学反应中，一类原子不能转化成另一类原子，而核反应是把一类原子转化成另一类原子，核反应的能量效应比化学反应大得多，核反应能量常常以兆电子伏为单位，而化学反应的能量通常只有几电子伏。
既然自然界中存在元素的衰变过程，那么是否有可能实现人工元素转化呢？
历史上第一次人工核反应是由卢瑟福在1919年实现的，他用α粒子轰击氮，产生了核反应：14N+α→17O+H，这个伟大的实验让卢瑟福成为第一个改变元素的人。
他还在这次实验中发现了质子，并为其命名。这种用粒子或射线轰击原子核引起核反应的方法，很快成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。
卢瑟福发现人工核反应后，更多的科学家加入进来，他们建造回旋加速器，获得高速粒子轰击各种原子核，实现人工核反应。1925年，元素周期表上还有43、61、85。8、7、10四个元素至今没有被发现，因为它们都是放射性元素。它们可能在地球早期就存在过，但经过漫长的衰变，最终消失了。
四个“空白”元素的发现，让元素周期表填满了铀元素，于是科学家很自然地想到用质子轰击铀原子核，生成比铀重的93号元素，这一努力最终导致了核裂变的发现。
核裂变，原子弹就是这样制造出来的！
梅特勒和哈恩多年来一直致力于制造比铀重的原子（超铀原子）。通过用自由质子轰击铀原子，一些质子会撞击铀原子核并粘附在上面，从而产生比铀重的元素。这似乎很明显，但却没有奏效。他们用其他重金属测试了他们的方法，每次反应都按预期进行，就像利兹的物理方程所描述的那样。但当涉及到铀时，这种当时已知的最重元素就是行不通，整个 20 世纪 30 年代，没有人能解释为什么铀实验不断失败。
1932年，人们发现中子是一种新型的核“炮弹”，由于中子不带电荷，与原子核之间不存在电排斥力，因此利用它们发生核反应时，比利用其他带电高能粒子的效果要好得多。
哈恩随后转而用中子轰击铀原子核，发现衰变产物居然是钡。他几乎不敢相信自己的实验结果，因为按照当时的核变化规律，用中子轰击原子核，最终产物一般还是原来的原子。用中子轰击元素周期表的最后一个元素，怎么可能生成元素周期表中间的元素呢？距离太远了！
但哈恩相信自己的实验结果，认为应该尽快公布这一重要事实，于是这一发现很快就发表在最新一期的《自然》杂志上。与此同时，哈恩把文章寄给了梅特勒。梅特勒和她的侄子、核物理学家弗里施立刻被这一重大发现所吸引。他们想知道铀是否已经分裂。质子的增多使得铀原子核非常不稳定，从而导致其分裂。他们进行了实验，证明当自由质子轰击放射性铀时，每个铀原子分裂成两部分，生成钡和氪。这个过程还释放出巨大的能量。
就这样，迈特纳发现了核裂变的过程，首次画出了重核裂变的示意图，并弄清楚了像铀这样的重核是不稳定的，巨大的静电斥力使得它们有可能一分为二。他们受到生物学中细胞分裂的启发，用细胞分裂中的“分裂”一词来表示原子分裂，并将这种新现象命名为“核裂变”。他们还利用爱因斯坦的公式，首次估算出裂变释放的能量为。
重核裂变反应直接导致了原子弹和核电站的出现。
重核裂变是重核原子受到中子撞击后分裂成两个较轻原子，同时释放出数个中子的反应。释放出的中子又撞击其他重核原子，形成链式反应。原子核分裂时会释放中子和热量，而这正是核电站发电的能量来源。
由于每次核裂变释放的中子数量大于一个，如果不控制链式反应，在极短的时间内，同时发生的核裂变数量会成倍增加，如果原子数量足够多，瞬间就会释放出大量能量。原子弹就是利用核裂变的这种特性，制造原子弹所用的重核含量必须在90%以上。
铀裂变在核电站最为常见。核电站所用的核燃料通常含有极低的铀-235，约3%至5%，因此不会引起核爆炸。铀原子受热后会放出2至4个中子核裂变反应方程式，中子随即与其他原子碰撞，形成链式反应，自发裂变。碰撞除了释放中子外，还会释放热量，使碰撞加速。但如果温度过高，反应堆就会熔化，造成严重灾难。因此，核电站仍需控制反应堆中的中子数量，通常是在反应堆的慢化剂中添加硼，并使用控制棒吸收燃料棒中的中子，以控制核裂变的速率。
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编辑美化：张菁
点评：方浩成