19世纪末的惊喜

发现放射性元素

化学在19世纪的大半部分时间呈现出一种颓靡的状态，但在该世纪的尾巴上却表现出了一种新的活力。

意外的曝光

铀盐的发现得追溯到1896年的一次意外。亨利·贝克勒尔因为粗心将一包铀盐忘在了抽屉里的感光板上，一段时间后，他吃惊地发现感光板好像曝过光。之后他把这件事交给自己的研究生，最伟大的女性化学家物理学家——玛丽·居里，世称“居里夫人”。

居里和她的丈夫皮埃尔发现有的岩石会持续释放大量热量，而体积以及外观都不会发生可以检测出的变化。他们没有找出其中的原因，否则发现质能方程就没有爱因斯坦什么事了。玛丽·居里把这种现象称为“放射效应”，并发现了钋和铀两种放射性元素。

1903年，居里夫妇和贝克勒尔一同获得了诺贝尔物理学奖。8年后，玛丽·居里又获得了诺贝尔化学奖，她是唯一一个收获了诺贝尔物理学奖和化学奖的科学家。

真正的“炼金术”

放射性元素的变化过程无异于真正的“炼金术”。位于新西兰的物理学家欧内斯特·卢瑟福和他的化学家同事弗雷德里克·索迪在研究中发现：很少量的物质里蕴含着大量的能量，地球的大部分热量来源于这种衰变所释放出的能量，这无异于一把秘钥。他们还发现放射性元素会衰变成其他元素，比如从铀原子变成铅原子。

无中生有的元素与能量

放射性元素能够自发地从原子核内部释放出粒子以及α射线、β射线、γ射线等，同时会释放出能量，最终该元素会形成较为稳定的元素而停止放射。这种原子核的变化使得一种物质能够转变为另一种完全不同的物质。

不稳定的铀原子核

铀（U）是原子序数为92的元素，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，半衰期从数亿年到数十亿年。目前人工合成了12种同位素(铀-226～铀-240)。铀化合物早期用于瓷器的着色，现在作为核燃料。1913年，法扬斯和格林研究了铀-238衰变链：铀-238→钍-234→镤-234→铀-234。

图为铀原子核衰变的过程（局部）

质能等价

元素在衰变过程中释放出的能量等于在这一过程中所损失的质量与光速平方的乘积。

公式中的c代表光速的常数，E代表能量，m代表质量。