发现氘的科学家与尤里

氢的应用发明进步历史1671年爱尔兰化学家罗伯特·波义耳发现铁屑和稀释酸之间会发生反应，并产生气体，也就是氢气。

1766年英国化学家亨利·卡文迪什同样利用金属和酸之间的反应，首次发现氢气是一种独立的物质，并将其命名为“易燃气”。

1781年英国化学家亨利·卡文迪什发现该气体在燃烧后会生成水。

故此，卡文迪什一般被后世尊为氢元素的发现者。

1783年安托万-洛朗·德·拉瓦锡(法国贵族，著名化学家、生物学家，近代化学之父)和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(法国著名天文学家和数学家)重复并证实了卡文迪什的实验。

拉瓦锡为这一元素命名为拉丁语“Hydrogen”，词源为希腊文中的“水”（ὑδρο）和“创造者”（-γενής），意为“生成水的物质”，日文翻译为“水素”，即“生成水的元素”雅克·沙尔发明了首个氢气球1806年弗朗斯瓦·伊萨克·德·利瓦制造了第一部以氢氧混合物作为燃料的内燃机──德利瓦引擎1807年西班牙Isaac de Rivas制造了首辆氢内燃车。

1819年爱德华·丹尼尔·克拉克发明了氢气吹管1838年由德国化学家克里斯提安·弗里德里希·尚班提出燃料电池的原理，并刊登在当时著名的科学杂志注意：燃料电池（英语：Fuel cell）是一种主要透过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的发电装置。

最常见的燃料为氢，其他燃料来源来自于任何的能分解出氢气的碳氢化合物，例如天然气、醇、和甲烷等。

1839年英国物理学家威廉·葛洛夫制作了首个燃料电池。

1852年亨利·吉法尔发明了首个以氢气提供升力的载人飞艇。

1855年英国医生合信编写《博物新编》时，把元素名翻译为“轻气”，意旨“最轻的气体”，成为今天中文“氢”字的来源。

1898年苏格兰化学家詹姆斯·杜瓦用再生冷却法及他所发明的真空保温瓶，首次制成液氢1899年詹姆斯·杜瓦制成固体氢1900年德国的斐迪南·冯·齐柏林伯爵大力推广氢气载人飞艇运输工具，其所设计的飞船称作齐柏林飞船开始首飞1910年氢气载人飞船开始成为常规航班1914年8月，第一次世界大战之始已搭载3万5千多人，并无重大事故。

物理学发展史公元1638年，意大利科学家伽利略的《两种新科学》一书出版，书内载有斜面实验的详细描述。

伽利略的动力学研究与1609～1618年间德国科学家开普勒根据天文观测总结所得开普勒三定律，同为牛顿力学的基础。

公元1643年，意大利科学家托利拆利作大气压实验，发明水银气压计。

公元1646年，法国科学家帕斯卡实验验证大气压的存在。

公元1654年，德国科学家格里开发明抽气泵，获得真空。

公元1662年，英国科学家波义耳实验发现波义耳定律。

十四年后，法国科学家马里奥特也独立的发现此定律。

公元1663年，格里开作马德堡半球实验。

公元1666年，英国科学家牛顿用三棱镜作色散实验。

公元1669年，巴塞林那斯发现光经过方解石有双折射的现象。

公元1675年，牛顿作牛顿环实验，这是一种光的干涉现象，但牛顿仍用光的微粒说解释。

公元1752年，美国科学家富兰克林作风筝实验，引雷电到地面。

公元1767年，美国科学家普列斯特勒根据富兰克林导体内不存在静电荷的实验，推得静电力的平方反比定律。

公元1780年，意大利科学家加伐尼发现蛙腿筋肉收缩现象，认为是动物电所致。

不过直到1791年他才发表这方面的论文。

公元1785年，法国科学家库仑用他自己发明的扭秤，从实验得静电力的平方反比定律。

在这以前，英国科学家米切尔已有过类似设计，并于1750年提出磁力的平方反比定律。

公元1787年，法国科学家查理发现了气体膨胀的查理-盖·吕萨克定律。

盖·吕萨克的研究发表于1802年。

公元1792年，伏打研究加伐尼现象，认为是两种金属接触所致。

公元1798年，英国科学家卡文迪许用扭秤实验测定万有引力常数G。

公元1798年，美国科学家伦福德发表他的摩擦生热的实验，这些实验事实是反对热质说的重要依据。

公元1799年，英国科学家戴维做真空中的摩擦实验，以证明热是物体微粒的振动所致。

公元1800年，英国科学家赫休尔从太阳光谱的辐射热效应发现红外线。

1939年诺贝尔物理学奖——回旋加速器的发明1939年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州伯克利加州大学的劳伦斯（Ernest Orlando Lawrence，1901——1958），以表彰他发明和发展了回旋加速器，以及用之所得到的结果，特别是人工放射性元素。

核物理学的诞生揭开了物理学发展史中崭新的一页，它不但标志了人类对物质结构的认识进入了更深的一个层次，而且还意味着人类开始以更积极的方式变革自然、探索自然、开发自然和更充分地利用大自然的潜力。

各种加速器的发明对核物理学的发展起了很大的促进作用，而劳伦斯的回旋加速器则是这类创造中最有成效的一项。

从30年代起，以劳伦斯不断革新回旋加速器的活动为代表，物理学转入了大规模的集体研究，仪器设备越来越复杂，物理学家越来越多地参加有组织的研究工作，物理学与技术的关系也越来越密切，操作调试要求协调配合，实验室的规模要以工程的尺度来衡量，可以说，大规模物理学的出现是我们时代的特征。

劳伦斯顺应这一形势，走在时代的前列。

他以天才的设计思想、惊人的毅力和高超的组织才能，为原子核物理学和粒子物理学的发展作出了重大贡献。

劳伦斯1901年8月8日出生于美国南达科他州南部的坎顿（Canton）教师的家庭里，早年就对科学有浓厚兴趣，喜欢作无线电通讯实验，在活动中表现出非凡的才能，他聪慧博学，善于思考。

劳伦斯原想学医，却于1922年以化学学士学位毕业于南达科他大学，后转明尼苏达大学当研究生。

导师斯旺（W.F.G.Swann）对劳伦斯有很深影响，使他对电磁场理论进行了深入的学习。

劳伦斯获得硕士学位后随斯旺教授转芝加哥大学，在那里他遇见了著名的年轻物理学家康普顿（pton）教授。

他往往在康普顿的实验室里陪康普顿整夜地进行X射线实验，和康普顿倾谈，从康普顿那里吸取了许多经验。

劳伦斯在1925年以钾的光电效应为题完成博士学位。

在这期间，业余从事用示波管做显像实验，如果不是有人捷足先登，说不定他会取得电视机的发明专利。

低氘（dāo）水，为什么被称为生命之水？美国《时代周刊》亚洲分刊（TIMES ASIA）曾报道过巴基斯坦著名的长寿村罕萨（HUNZA），该村居民百年长寿者众，几乎没人得癌症、心脏病、血压异常等现代人常见的疾病，据说当地有900年都没人得过癌症，他们也因此被认为是世界上最健康的民族，这种现象引起各国科学家的关注。

最终经调查，当地的日常饮用水以及作物浇灌，均来自周边的数座冰山融水，这些冰山融水的氘含量均低于133PPM，远低于平原地区的150PPM和赤道地区的155PPM，由此揭开了解罕萨村长寿的秘钥——低氘水。

有水就有氘，危害无法估量上世纪30年代初科学界的大事件，就是美国科学家尤里发现了氘，他因此获得了1934年的诺贝尔奖。

氘最初的研究方向是其为氢弹和原子弹原料，随着研究的不断深入，1974年，国外学者格瑞费斯从生物学角度提出一个重要理论，氘可以导致衰老，改变参与DNA反应的酶分子。

DNA的不断复制决定着生命的繁衍生息，如果DNA结构发生损伤，变异，或者退化即会引起衰老和各种疾病，比如癌症、免疫系统破坏等等。

而占人体70%的都是水（H2O），氢又是DNA的基本化学键，几乎参与了生命体内所有的反应和构成，氘作为氢的同位素，正是以这样潜在的方式影响着DNA的遗传、复制。

另一方面援引国外科学杂志数据，仅仅在地球上的水体中（除冰川饮用水外），氘的含量就可以达到0.0139~0.0157%，而人体一旦摄入后，只能累积无法代谢，更不用说经过食物链的层层累积，最终被人体摄入后的量。

一般来说，人体内氘浓度在12-14MMOL/L之间，它在人体内含量超过钙的6倍，镁的10倍，钾的3倍，锌的90倍，铜的460倍，它对于遗传、代谢以及酶系的不良影响是一旦作用就很难消除的。

所以只要正常的水中稍微脱去一部分氘，对人体健康的作用都无法估量。

为什么一定要喝低氘水首先，我们处在一个前所未有的高危环境中，工业污染、河流污染、大气污染、食品安全危机、科技辐射、转基因食品肆虐，这一切都导致近十年成年人癌症高发，婴幼儿出生畸形比率增高，这都源自DNA结构发生改变，造成DNA的损伤，从而引起各种疾病，所以我们有必要预防和提早修复我们的DNA，低氘水的价值预防胜于治疗。

如果你对化学感兴趣，一定对这个名字不陌生——吉尔伯特·路易斯（1875—1946年），他是20世纪最知名的美国化学家之一，也是高中乃至大学化学课本中的常客：高中时用来表示分子和离子结构的“结构式”“电子式”是路易斯首创的；大学里学到的路易斯酸碱更是直接以他的名字命名。

此外，反应体系的熵值定义、辐射能的最小单位“光子”的提法以及氢的同位素氘的发现等都是路易斯的重要贡献。

这样知名的化学家，他却从来不曾获得诺贝尔奖，这背后有什么“黑幕”呢？“落后”的化学键理论时至今日，化学家们发现的或创造的元素只有100多种，但以这些元素为原材料制造的化合物却有千千万万种，即使是完全相同的元素，也可能制造出完全不同的物质。

为什么很少的元素却能合成这么多的化合物，元素间存在什么力量让它们出现这么多的组成方式呢？在20世纪初，这个问题存在于所有化学家的心中，路易斯也不例外。

1916年，德国化学家柯赛尔测定了许多有代表性的化合物的电荷及其电子数，发现这些物质的组成微粒都带有电荷，所带电荷与其电子数相等，因此他提出了离子键理论。

当原子获得或失去电子，它就变成带有一定电荷的离子，阴离子和阳离子所带电荷相反，相互吸引形成了物质，两者之间的作用力叫做离子键。

但是，不是所有的物质都是由离子形成的，那些不带电荷的物质间又存在什么力量呢？1923年，路易斯在离子键理论的基础上，提出了一个新的理论，他认为两个或多个原子相遇时，它们不一定会失去或得到电子，而是可以共享一对或多对电子，从而形成稳定的分子。

例如，外层各有一个电子的两个氢原子相遇时，两个氢原子可以共享这两个电子，这时它们的外层电子结构都达到了稳定的状态，就形成了氢气分子。

这种原子共享电子形成的作用力被称为共价键。

共价键的提出非常具有开创性，可是人们不相信，为什么氢原子就可以共享电子，而不像其他化合物的原子那样失去或得到电子呢？该如何证明共价键的正确性呢？量子力学理论解决了这个问题。

发现氘的科学家尤里同位素这个名词的西文isotope是英国人索迪（F.Soddy，1877－1956）于1911年开始使用的。

后来，另一位英国人阿斯顿（F.W.Aston，1877—1945），在1919年制成了质谱仪，可以用来分离不同质量的粒子，并且测定它们的质量。

这就把研究同位素的方法提高了一大步。

阿斯顿先后利用质谱仪发现了很多元素的同位素，他在71种元素之中，陆续找到了202种同位素之多，这为我们认识同位素，开始积累了大量资料。

最引人关注的是，氢有没有同位素的问题。

为了寻找氢的同位素，人们前后用了十几年的时间，而没有得出肯定的结果。

1931年初，有人从理论上推导，认为应该有质量数为2的氢同位素存在，并且估算出2H:1H=1:4500的比例。

1931年年底，美国哥伦比亚大学的尤里教授和他的助手们，把四升液态氢在三相点14°K下缓慢蒸发，最后只剩下几立方毫米液氢，然后用光谱分析。

结果在氢原子光谱的谱线中，得到一些新谱线，它们的位置正好与预期的质量为2的氢谱线一致，从而发现了重氢。

尤里对它定了一个专门名，称deuterium，中文译氘，符号D。

后来英、美的科学家们又发现了质量为3的tritium，中文译为氚，符号T,是具有放射性的另一重要氢同位素。

氖的发现是科学界在本世纪三十年代初的一件大事。

尤里因此在1934年荣获了诺贝尔化学奖金。

他的声誉从此飞跃，可是他并未停止不前，后来还继续完成了很多重要研宪工作。

现在最常见的是氧化氘（又名重水），它的主要特性：氧化氘最大密度的温度是11.22℃（普通水是4.08℃），熔点是3.82℃，沸点是101.42℃，这些特性与普通水都大不相同。

重水易于用电解水而取得，所以电费低廉的北欧能大量生产。

后来重水成为制造原子弹的重要材料之一。

以上简单地叙述了一下氘和重水，是想由此引起人们对这位化学家尤里的重视。

他是去年一月六日才以八十六岁的高龄病故的。

下面(此文发表于1982年—编者注)扼要地介绍他的生平和业绩，表示我们对他的敬念。

尤利及氘的发现尤利(Harold Urey 1893～1981)是美国著名物理化学家，氢的同位素氘的发现者。

由于这一重大发现，尤利获得1934年诺贝尔化学奖。

一、尤利的科学生涯尤利于1893年4月29日出生于美国印第安州沃克顿。

其父是一位教师兼非专业牧师。

早在童年时代，尤利就随家人一起搬到蒙大拿州。

中学毕业后，尤利在公立学校从事了三年教学工作，接着就进入蒙大拿州立大学学习，主修动物学、辅修化学。

由于经济拮据，尤利每逢暑假便去西北部的铁路上打工挣钱，以维持他的学习费用。

1917年，尤利大学毕业并获理学学士学位，当时需要化学家为战争做有关方面的研究，于是他便开始在费城Barrett化学公司从事战争设备研究。

战拿州立大后，尤利在蒙大学从事了两年化学教学工作。

1921年，尤利作为一名研究生进入加里福尼亚大学学习化学，1923年获博士学位。

接着尤利去哥本哈根理论物理研究所工作了一年，1924年他受聘于约翰斯·霍普金斯大学。

尽管尤利在化学系工作，但是他还坚持参加物理系教师和研究生每周举行的学术讨论会，与大学一起交流和讨论有关方面的研究进展。

这样，尤利的研究工作就跨越化学和物理学两个领域。

1929年，尤利被聘为哥伦比亚大学化学副教授，他在此工作了近30个春秋。

在哥伦比亚工作时，在1922年～1940年间他还担任美国物理学会主办刊物《化学物理杂志》的基础编辑。

1958年，尤利被聘为加里福尼亚大学教授。

1981年1月5日，这位伟大的科学家在加里福尼亚州拉霍亚去世。

尤利是一位化学家，也是一位物理学家，他对科学的许多方面都有浓厚的兴趣，一生中做了许多有意义的科学研究工作。

其中氘的发现是他最著名的科学发现之一。

二、发现氘的背景同位素的思想起源于19世纪80年代。

早在1881年，克鲁克斯就由稀土矿的不连续光谱现象提出其中必含有许多未知元素。

1886年，他明确指出从稀土元素之间性质的相似性得出它们应起源于同一元素①。