二、天然放射线的发现
1896年法国著名数学家和物理学家彭加勒（Poincare，H.1854-1912年）注意到Ｘ射线是从受阴极射线轰击而发出荧光的玻璃管壁上产生的。他提出是不是所有能强烈地发荧光和磷光的物质都能发射出Ｘ射线。法国物理学家亨利·贝克勒（Becquerel，H.A.1852-1908年）由此受到启发，立即开始研究究竟有哪些荧光和磷光物质能发射Ｘ射线。他把许多磷光和荧光物质一一放在密封照相底片上置于阳光下曝晒，底片都没有感光。他想起十五年前和他父亲一起制备的磷光物质硫酸铀酰钾晶体，于是他把一块这种晶体放在日光下曝晒，直到它发出很强的荧光，然后把它和用黑纸包封的照相底片放在一起，发现底片感光了。他错误地认为这种晶体发射Ｘ射线。1896年2月24日他向法国科学院报告了这一实验，认为Ｘ射线与荧光有关。
3月1日，贝克勒把在抽屉里和铀盐放在一起的一张密封的底片拿去冲洗，显影后发现一件奇怪的事：这张底片已经感光，上面有很明显的铀盐的象，和刚经过日晒的铀盐产生的影象同样清晰。究竟日晒和荧光对于铀盐发出的这种神秘射线有没有关系呢？于是他亲自用纯试剂合成一些硫化物荧光物质，并设法加强它们的磷光，但它们日晒后都不能使底片感光。经过几个月的反复试验，贝克勒确信使底片感光的真实原因是铀和它的化合物不断地放射出一种奇异的射线，日晒与荧光都与照相底片感光无关，他把这种射线称为“铀射线”。
1896年5月18日，贝克勒宣布：发射铀射线的能力是铀元素的一种特殊性质，与采用哪一种铀化合物无关。铀及其化合物终年累月地发出铀射线，纯铀所产生的铀射线比硫酸铀酰钾强三至四倍。铀射线是自然产生的，不是任何外界原因造成的（光照、加热、阴极射线激发等不需要），所以既与荧光无关，也和Ｘ射线不同。铀射线能穿透过黑纸使照相底片感光，能使空气电离，使验电器放电，这些性质与Ｘ射线相同。但它的穿透能力不如Ｘ射线，它不能穿透肌肉和木板。
铀射线的发现，立即引起科学界的极大兴趣。当时在巴黎大学攻读博士学位的居里夫人，即玛丽·斯克洛多芙斯卡（Sklodowska，M.1867-1934年），决定选择铀射线的本质和来源问题作为自己的博士论文题目。1897年她开始研究。要深入研究铀射线的本质，首先要有一台能精确测量铀射线强度的仪器。玛丽的丈夫、法国物理学教授居里（Curie，P.1859-1906年）设计了一个灵敏而简易的铀射线检验器。经过几周的研究，玛丽先弄清楚了铀射线的强度与试样中铀的浓度成正比，而与含铀化合物的化学组成无关，也不受外界光照和温度起落的影响。由此可以确认这种辐射是铀原子一种特性。1898年，她和德国人施米特（Schmidt，G.C.1856-1949年）分别发现钍元素也具有这种性质，表明这种性质并非铀元素所独有。于是玛丽建议把这种性质叫做“放射线”，把具有放射线的元素如铀和钍叫做“放射性元素”。
三、放射性元素钋和镭的发现
居里夫人对很多种矿物标本逐个检验有无放射性。检验了几百种物质，都没有放射性。但当她检验到一种沥青铀矿和一种铜铀云母矿时，发现它们有很强的放射性，其强度比根据其中铀或钍的含量所预计的强度大得多。她又根据天然铜铀云母矿精确分析得到的组成，自己合成了铜铀云母，发现天然铜铀云母的放射性是人工合成试样的4.5倍。这两种矿物的异常的放射性，只能解释为其中含有某种含量很少但比铀和钍的放射性强得多的新元素。
1896年6月，居里夫妇开始合作搜索这种新元素。他们先到沥青铀矿中去找。他们把这种矿石分解后，用系统的化学分析程序把其中的各种元素按组一组一组逐步分开。每经过一步分离，就测定两部分的放射线，根据溶液和沉淀有无放射性或放射性的大小来确定新元素在哪一部分中。经过几次淘汰搜索的范围逐步缩小，最后他们发现在沥青铀矿中有两种而不是一种新的放射性元素。1898年7月他们根据放射性证实了一种新放射性元素的存在，当时他们还只得到了一点富集了这种新元素的硫化铋，它的放射性远比金属铀的放射性大得多。要知道在沥青铀矿中这种新元素的含量只有一亿分之一，用一般的化学方法把它富集起来是何等艰巨啊！玛丽为这个新元素命名为“Polonium”（钋），这是为了纪念她的祖国波兰。五个月后，居里夫妇又根据放射性发现了另一种新的放射性元素，它已富集在氯化钡结晶里。这种混有新元素的晶体比金属铀的放射性竟大九百倍。居里夫妇给该元素命名为“Radium”（镭），意思是“赋予放射性的物质”。钋富集在硫化铋沉淀中，镭富集在氯化钡晶体中，这说明它们的化学性质分别很象铋和钡，而与铀相差很远。但是，这时居里夫妇还没有得到一点点纯的镭或钋的化合物。他们决定下一阶段的工作是从沥青铀矿制取纯的镭化合物。他们估计从沥青铀矿中提取了铀以后钋和镭可能原封不动地存留在废矿渣中，因为钋和镭的化学性质与铀相差很远。于是他们便从奥地利处理沥青铀矿的国营矿场买到了便宜的废矿渣。从1899年到1902年底，居里夫妇在物理学校的矿烂工棚里艰苦地工作了45个月，一公斤一公斤地处理了两吨废矿渣。经过几百万次的溶解、沉淀和结晶等提炼工作，终于得到仅仅100毫克的纯氯化镭。它的放射性强大得令人吃惊，竟是铀盐的二百万倍！把它放在玻璃瓶里，玻璃瓶就放出紫色的荧光，它也能使金刚石、红宝石、萤石、硫化锌、铂氰化钡等发出磷光。他们对镭的原子量进行了初步测定，大约是225，从而确定了它在周期表中处于ⅡＡ族钡的下面。
1903年6月25日，36岁的玛丽·居里夫人在巴黎大学通过了博士论文答辨，论文题目是《放射性物质的研究》。这年11月，英国皇家学会授予居里夫妇载维金质奖章。12月10日居里夫妇和贝克勒一道荣获这一年的诺贝尔物理学奖，分享奖金。
1910年，居里夫人和法国化学家德比尔纳（Debierne，A.1874-1949年）合作，通过电解氯化镭取得了金属镭，研究了它的性质。1911年，居里夫人获得了诺贝尔化学奖。全世界只有为数极少的几位科学家两次获得诺贝尔奖，居里夫人是其中惟一的女科学家。
玛丽·斯克洛多芙斯卡1867年11月7日出生沙俄统治下的华沙，当时波兰已经亡国一百多年了。她少年时就有强烈的爱国思想，在青年时代又爱上了科学，决心要以科学振兴祖国，为波兰争光。她于1891年来到巴黎求学，先后以优异的成绩获得数学和物理学硕士学位，1895年与已是物理学教授的居里结婚，结成了一对后来非常著名的科学伴侣。从1898年6月起居里决定和玛丽合作共同探索沥青铀矿中的新的放射性元素，他们的亲密合作一直持续了八年。1906年的一天居里在大街上被载重马车撞倒，车轮夺去了他的生命。居里夫人悲痛欲绝，几乎神经失常。经过长期疗养后刚刚康复，她就以惊人的毅力，不仅担负起抚养两个女儿的家庭重担，承担了居里在巴黎大学的教授席位，而且为放射科学的建立和发展又作出了重大贡献，从而获得了1911年诺贝尔化学奖。镭的发现在科学界引发了一场革命，居里夫妇的工作是原子能应用研究的开端。但居里夫人不仅是有重大贡献的科学家之一，而且是一位高尚无私的人。当时镭的价格十分昂贵，但居里夫人甘于过着简朴的生活，她毫无保留地公布了镭的提炼方法，没有申请专利。正如她所说“镭不应该使任何人发财，镭是化学元素，应该属于大家”。她所获得的巨额奖金，也几乎全部用于接济穷苦的学生，或支援了科学团体。1934年7月4日，居里夫人在长期患恶性贫血白血病后与世长辞。医生的证明是：“夺去居里夫人生命的真正罪人是镭”。她把自己的一生献给了科学事业。
四、α、β、γ三种射线的发现
居里夫妇曾发现，镭发出的射线有两种。1898年，出生于新西兰在剑桥大学卡文迪许实验室工作的青年物理学家卢瑟福（Rutherford，E.1871-1937年）开始投入放射性的研究工作。他用强磁铁使铀射线偏转，发现射线分为方向相反的两股，这表明它至少包含有两种不同的射线：一种非常容易被吸收，称为α射线；另一种具有较强的穿透力，称为β射线。1900年法国人维拉德（Villard，P.1860-1934年）观察到，镭除了上面两种射线之外，还存在着第三种射线，它不受磁场的影响，与Ｘ射线非常类似。在此之前，卢瑟福已于1898年发现一种比α和β射线穿透力更大的射线存在，这就是维拉德1900年所确认的这种射线。后来卢瑟福把它称为γ射线，并于1914年确定了它是一种波长比Ｘ射线更短的电磁波。贝克勒1899年发现β射线在磁场中偏转的方向与阴级射线相同。居里夫人证明它带负电。1900年贝克勒测定了它的荷质比，确认β射线就是电子流。为了揭示α射线的本质，卢瑟福作了多年的努力。1902年，他用强磁场使射线发生的偏转，证明了它是带正电荷的粒子流，这种粒子被称为α粒子。1906年他测定了α粒子的荷质比，证明它的数量级与氢或氦离子相同，但当时的实验精度还不能分辨出它带一个还是两个电荷。1907年卢瑟福到英国曼彻斯特大学任教授后，和年轻的德国物理学家盖革（Geiger，H.1882-1945年)一起工作，利用他发明的计数管和克鲁克斯创造的闪烁计数法，计数了一克镭一秒钟内放出的α粒子数，测量了从镭源得到的总电量，从而计算出每个α粒子带有两个单位电荷。卢瑟福由此推测出α粒子是带有两个正电荷的氦离子。卢瑟福又和合作者拍摄了α粒子的光谱线，证明它和氦的光谱线一样，由此判定，α粒子是氦离子。
元素周期律的发现
对元素周期律的发现众说纷纭，莫衷一是。在我国也曾经是如此。如有人说是门捷列夫连续三天三夜没睡觉后在梦中发现的，一些教科书、通俗读物中说周期律是在玩纸牌时偶然发现的，周期律的发现显得那么随机、偶然。还有的认为门捷列夫一开始就按原子量大小排列从而得出周期律，周期律的发现轻而易举，那样既定、必然。
然而，参与门捷列夫手稿遗产研究的苏联科学哲学家凯德洛夫博士在《伟大发现的一天》中谈到：“可能而且实际上是发生在一天之内：须知发现的开始到发现的完成都已注明了是同一天1869年2月17日。”
2月17日早，门捷列夫正在为他所编的《化学原理》一书在碱金属之后讲哪族元素的问题苦恼。这时他收到了“自由经济协会”秘书的来信，于是他在信的空白处写下了他正在思考的问题，对不相似的两族元素（Ａ族和类Ｚｎ族）的原子量进行了计算，这就是凯德洛夫所指的表1。然后他另取一纸，从卤素开始，按原子量递减顺序，将氧、氮、碳族编成一张表，共计元素31（为已知元素的1／2），这就是表2中的上表。各元素族的原子量已最大限度靠近了。随后，又把元素扩大到42，制成表2中的下表。这时已将竖列改为横排，接近了元素周期律的发现了。那么，如何把已知的61个元素按前面原则类似地排列成一个总表——即元素周期表的问题就明显地摆在了门捷列夫面前。为了准确、方便、迅速，门捷列夫就采用了元素卡片，在其上面写下了化学元素符合、原子价、分布情况、化合物形态等，然后进行分类排列，这就是人们说的“化学牌阵”。表就是记载“化学牌阵”的结果，这就是从上到下按原子量递减顺序排列的完整的元素表草稿，难怪也有人以此为证说元素周期表是玩“化学牌阵”的结果。表4就是表3的加工，按元素原子量递增顺序排列，加上《依据元素的原子量和化学性质相似的元素体系尝试试验》题目，于2月17日交付排印，3月1日向世界各国宣告化学元素周期律的发现。
这就是化学史上建立勋业的一天，伟大发现的一天。
门捷列夫周期表的发现是在1869年2月17日。从着手到结束总共一天，这日子是或然的。从门捷列夫当时的思维状况，他也是从思考《化学原理》的编排转向元素性质间联系的，这是突然的；甚至连用化学牌阵方法来进行元素周期表的工作也是这天偶然做的。因此，许多人认为门捷列夫的发现纯属巧遇、运气所至。但是事实上，无论从宏观——时代的造就，还是微观——个人的努力，都可以说明这些因素造成的必然结果就是元素周期律的发现。伟大发现的一天的偶然性、突发性、或然性，只是这些必然性的表面而已。
19世纪中叶，整个自然科学已由收集材料到了整理、概括材料时期，科学史上的三大发现已使化学的相邻学科由经验科学成为理论科学。化学也有待于从纯经验性科学过渡到理论科学。这时，化学元素不断发现，元素性质相继被测定。原子－分子说已有了确定的地位，原子量概念的确定与推广为元素体系的成立奠定了基石。前门捷列夫时期的发现就是元素周期律的发现的“前夜”。
从门捷列夫个人奋斗的历史看，他的成功也决非偶然。1834年2月7日，门捷列夫出生在俄国西伯利亚的托波尔斯克市，他父亲是一名中学校长。门捷列夫自幼喜好数学、物理、历史等，热爱大自然，收集过不少岩石、花卉和昆虫标本。他从他姐夫——一名政治流亡者那里学到了最初的科学知识。1847年，他父亲病逝，意志坚强的母亲决心一定要让门捷列夫象他父亲一样接受高等教育，并为此付出一生的辛劳。后经多方努力，门捷列夫和母亲从边远的西伯利亚来到莫斯科，终于在亡父的母校——彼得堡高等师范学校物理数学系学习。
