元素週期表背後的女科學家 / 吳嘉麗

星期六 , 4, 五月 2019 Leave a comment

元素週期表背後的女科學家

吳嘉麗

淡江大學化學系 榮譽教授

台灣女科技人學會
常務監事

亞太女科技人聯絡網 主席 (2018-2020)

clwuster@gmail.com

今年2019年距離1869年門得列夫教授根據當時所發現元素的週期性,提出其雛型列表剛好150年,聯合國特訂2019年為國際元素週期表年(International Year of Periodic Table, IYPT)至今列入週期表的元素已達118個,每一個元素的發現都有一個故事,都是一個團隊的接力或合作成果。很多科學家因此獲得諾貝爾獎或榮獲元素的命名,但是我們都知道,新發現的背後一定還有很多不為人知的科學工作者的貢獻,尤其是早年19世紀和20世紀初期的女性。本文參考Nature原文1及微文庫的翻譯2,選擇其中較不為人知的九位女科學家,同時參考維基百科等的介紹,略加入她們的生涯故事以與讀者分享。為了凸顯這些女科學家,在提及她們的貢獻時,本文選擇只引用她們的「名」;其他科學家則以「全名」翻譯,如為化學界熟識的,只譯其「姓氏」

1.      茱莉亞·列蒙托娃(Julia Lermontova1846-1919)鉑族金屬元素分離過程的改進

門德列夫於1869年首次製作了當時已知元素週期表的雛型,俄羅斯化學家茱莉亞˙列蒙托娃可能是在門德列夫的要求下,對鉑族金屬(釕、銠、鈀、鋨、銥和鉑)的分離過程進行改良。原子量和性質相近的元素非常難區分,必須先將它們分離,才可能將它們依序排入適當的位置。關於茱莉亞的工作貢獻,只有記載在門德列夫的檔案和他們的來往通信之中。

茱莉亞從小接受私人家庭教師的指導,她喜歡科學,除了閱讀專業文獻,也自己在家做實驗,父母並未阻止她。本來她在幾位教授的推薦下申請一間化學方面極有名的農業學院,卻未獲准入學。因此她決定到國外繼續學業,1869年得以進入德國海德堡大學,跟隨本生教授(Robert Bunsen)學習。在本生實驗室,她接受門德列夫的建議,進行了鉑族合金的分離。茱莉亞後來去哥廷根大學讀博士,1874年她成為德國歷史上第一位獲得化學博士的女性。茱莉亞終生未婚。3

2.    瑪格麗特·陶德Margaret Todd,1859-1918)、司蒂芬妮·霍洛維茨Stefanie Horovitz1877-1942同位素名詞及鉛釷相關研究

英國化學家弗瑞錐克·索迪Frederick Soddy1913年提出同位素這個概念,但是「同位素」這個名詞,最早卻是由瑪格麗特·陶德醫生在一次晚宴上提出。

1914年,波蘭猶太裔化學家司蒂芬妮·霍洛維茨在維也納鐳研究所工作期間,用實驗證明了同位素的存在。她證明即使像鉛這樣常見的元素,也可能具有不同的原子量,取決於它是從鈾還是釷的放射性衰變而來。

司蒂芬妮出生於波蘭,1890年全家搬至維也納,1914年她在維也納大學獲得有機化學博士。司蒂芬妮從富含鈾礦的瀝青樣品中分離出鉛,她證明從鈾的放射性衰變中所得到的鉛,比一般常見的鉛原子量輕,這個實驗證明元素的來源不同,原子量也可能不同。她和另一位科學家也發現了釷是第二個具有同位素的元素,這個釷的同位素原來被另一科學家誤認為是一個新的元素。

第一次世界大戰後,由於政治及家庭因素,司蒂芬妮中斷了專業研究,她和一位心理學家朋友成立了一個專收學習困難孩童的寄養之家。有傳說她後來回到華沙,1940年被納粹處死,也有消息說她1942年死在一個集中營。4

3.    哈麗特·布魯克斯Harriet Brooks1876-1933氡氣的發現

哈麗特·布魯克斯是加拿大的第一位女性核物理學家,她在核蛻變和放射性方面的研究非常有名,拉塞福Ernest Rutherford曾稱讚哈麗特的天賦可與居禮夫人相提並論。哈麗特在加拿大麥吉爾大學物理所還是研究生時,在拉塞福實驗室研究放射性和蛻變。當時大家正在探討元素鐳的放射物到底是甚麼?是顆粒嗎?還是氣體?1901年哈麗特和拉塞福提出鐳放射物的擴散像一種很重的氣體,這是證明放射性衰變過程可能產生新元素的第一個證據。1907威廉·拉姆塞(William Ramsay)建議這個後來被命名為「氡」的氣體屬於氦族元素,也就是惰性氣體。

1902年,拉塞福和索迪(Soddy)宣佈了他們的放射性衰變理論:原子在發出放射線的同時自發地衰變成新的原子。拉塞福因其研究成果獲得了1908年的諾貝爾化學獎。哈麗特發現氡是第一步,也是非常重要的一步,但世人卻很少記得她。雖然第一篇論文是由哈麗特和拉塞福共同寫作的,但後來發表在《自然》上的另一篇論文就只有拉塞福的名字,僅僅註明哈麗特為拉塞福提供了協助

哈麗特在麥吉爾大學還是大學生時,成績非常優秀,但是前二年因為她是女性而沒有資格接受獎學金。1901年,她是麥吉爾大學第一位獲得碩士學位的女性。1905年,哈麗特獲聘至紐約市伯納學院任教,次年她與哥倫比亞大學一位物理系的教授訂婚,學校的院長卻說哈麗特結婚時就必須離開學院。哈麗特堅持她有權利兼顧專業和婚姻,雖然物理系主任支持她,院長仍引用學校董事會的說法:已婚女人不可能是一位成功的學術人。哈麗特最後解除了婚約,選擇留下任教。1907年,她與麥吉爾大學一位物理系講師結婚,在蒙特婁定居。1933年,她因白血病過世,據說乃因過度暴露放射線的緣故。5

4.    妲玲·霍夫曼Darleane Hoffman1926-)鈽、鐨元素相關

妲玲·霍夫曼是加州大學柏克萊校區的化學教授,也是勞倫斯柏克萊國家實驗室核能科學部門的資深科學家。當年曾參與確認元素的存在,她證明原子序100的鐨-257同位素不只是在被中子撞擊以後會分裂,也會自發性的裂變。她還發現了自然界中存在原子序94的鈽-244,鈽是存在於自然界中原子序最高的一個元素。妲玲原在橡樹嶺(Oak Ridge)國家實驗室工作,婚後1953年轉至洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)實驗室,1979年擔任同位素及核化學部門的主管,是第一位擔任該國家實驗室科學部門的女性主管。1984年再轉至加州大學柏克萊校區帶領放射化學團隊的相關研究。1996年退休後仍參與研究指導及顧問諮詢。6

5.      ·邵內西(Dawn Shaughnessy)–超重元素原子序113-118的發現

·邵內西是一位放射性化學家,2000年自加州大學柏克萊校區化學系獲得博士學位,她的論文指導老師正是前一位介紹的妲玲·霍夫曼。2002年進入勞倫斯·利弗莫爾(Lawrence Livermore)國家實驗室工作,在她帶領重元素群小組研究時,他們團隊協助鑑定了六個超重新元素(原子序113-118),其中原子序116的鉝(Lv)就是她給的命名,因為這些工作是他們在Livermore實驗室完成的。7

6.      一組西班牙女性團隊 (1920s-1930s)氟元素對健康的影響

西班牙馬德里大學的一支年輕女性團隊,特別是卡門·布魯格·羅曼Carmen Brugger Romaní和翠妮妲·薩利納斯·費雷爾Trinidad Salinas Ferrer與馬德里大學的何塞·卡薩雷斯·吉爾José Casares Gil實驗室共同進行研究,探討氟的定量和新的分析技術,氟對健康的影響及礦泉水中的氟含量,這些研究都有寫成論文記載或發表(1927, 1934, 1935)81936 -1939年間西班牙內戰後,這些女性不得不退出研究,她們的工作成果便歸入了當時同實驗室其他男學生的名下。

卡門和翠妮妲都是藥學系學生,後來獲得馬德里大學的博士學位。氟元素早在1886年就被一位法國化學家Henri Moissan分離鑑定。

7.    ·克拉克·Reatha Clark King1938-氟的高反應性研究與應用

瑞塔·克拉克·金是第一位在華盛頓特區國家標準局工作的非洲裔美國女科學家。1960年代,她研究氟氧氫氣體混合物的燃燒,氟的高反應性顯示這個元素可用於火箭推進劑。但是這個混合物爆炸性過強,瑞塔特別為此設計特殊的設備讓它有安全應用的可能,而NASA採用的正是瑞塔的設計。

瑞塔的父親是一佃農,母親只受過小學三年的教育,1954她高中畢業那年,美國最高法院宣告,所有公立學校的黑白種族分離政策違憲,瑞塔當年就是代表他們那一屆,發表告別分離政策的演講。後來她自克拉克學院(Clark College)獲得化學及數學的學士學位,1963年自芝加哥大學獲得熱化學博士學位,又利用後來教授休假年到哥倫比亞大學進修,獲得商業管理和財務管理的碩士學位。她曾擔任紐約市立大學約克學院的教授以及明尼蘇達州Metropolitan 州立大學的校長,1988年被挖角到一跨國食品企業通用米爾斯公司(General Mills Corporation),先後擔任副總裁、總裁以及該基金會董事長。9

8.      艾麗絲·漢密爾頓Alice Hamilton1869-1970鉛汞重金屬對健康的危害

艾麗絲·漢密爾頓是一位美國醫生,是職業健康領域的專家,工業毒物學的先驅開創者。她最有名的研究是美國鋼鐵工人的一氧化碳中毒,製帽工人的汞中毒,以及手提鑽工人的手傷害。她證明了鉛的毒性及其對公眾和金屬行業從業人員的危害,她迫使保險公司和製造商採取安全措施,並對受影響的人進行賠償。她還組織社會運動,讓大家認識到汞等重金屬可能給從業人員造成的疾病傷害。早在1925年,她就明確反對在汽油中添加鉛。

1895年初艾麗絲和她姊姊至德國遊學,她們在法蘭克福的申請很順利,但是在柏林的申請卻被拒絕,後來他們在慕尼黑和萊比錫就學,都曾有過因為是女性而被歧視的經驗。1896年九月艾麗絲回到約翰霍普金斯大學醫學院繼續研究所的學業。1919年,她受聘為哈佛大學的第一位女性助理教授,但是直到1935退休,她的聘書都是三年一聘,從未升等到正式職位。

艾麗絲在爭取婦女權益以及和平運動方面非常活耀,她參加了1915年在海牙舉辦的第一屆國際婦女大會(International Congress of Women)1919年在蘇黎世的第二屆大會。她熱衷於社會改革,像公民自由、和平議題、節育、保護女性勞工的立法等她都積極參與,曾被批評為極端和顛覆份子。退休後她仍積極寫作出書,101歲過世。10

9.    前田俊子(Toshiko Mayeda1923-2004)氧同位素的定量分析

日裔美籍技術人員前田俊子在1950年代就掌握了氧放射性同位素的測量方法。起初她在芝加哥大學哈羅德·尤里Harold C. Urey實驗室裡清洗玻璃器皿,不久後成為質譜儀的負責人。

她協助測定了貝殼化石中氧同位素的含量,用以推斷史前海洋的温度,並將這種方法推廣到了隕石研究中。從1970年代到1990年代晚期,俊子和長期合作的芝加哥大學化學系教授羅伯·克雷頓(Robert N. Clayton)利用幾種氧同位素的比例對隕石分類,這方面研究他們做得十分出色,非常有名。不幸的是,像所有日裔美國人一樣,1941127日珍珠港事件發生後,俊子和她父親被送往美國一處荒漠集中營,在該處她認識了她後來的先生。俊子只擁有化學學士學位,但是她很幸運得到了上司的支持,在期刊論文中她的名字與那些博士和教授同等並列。俊子在華盛頓州出生,芝加哥大學畢業,1958年起擔任研究助理,探討隕石成分、冰河世紀的氧同位素分析等。2002年日本地質化學學會曾頒給她學會功績獎,一個小行星以她命名。11, 12

結語

從這些女科學家的生涯故事來看,20世紀以前這些得以參與科學探討的歐美女性,多半有一個良好富有的家庭,才有機會請私人家教、或進入極少數的私立女子學院學習科學。但是在論文發表時,主要作者仍經常故意忽略女性的參與貢獻。對女性和少數民族的歧視及不平等待遇直到20世紀中期,在所謂先進的美國仍司空見慣,即使法律已明令禁止,數百年來的刻板印象,或存在一般人心中那幽微隱晦的偏見,仍需要世人不斷的提醒和呼籲,才有可能看到更多女性在科技領域的大放異彩!

參考資料

1.      Van Tiggelen, B. and Lykknes, A. (2019). The women behind the periodic table. Nature, 565, 559-561.

2.      微文庫. (2019). 從居里夫人到Toshiko  Mayeda,為元素週期表背後的女性科學家喝彩.https://hk.wxwenku.com/d/200362902

3.      https://en.wikipedia.org/wiki/Julia_Lermontova

4.      https://en.wikipedia.org/wiki/Stephanie_Horovitz

5.      https://en.wikipedia.org/wiki/Harriet_Brooks

6.      https://en.wikipedia.org/wiki/Darleane_C._Hoffman

7.      https://en.wikipedia.org/wiki/Dawn_Shaughnessy

8.      Suay-Matallana, I (2019). Visualising women in the Periodic Table: A Spanish research line on fluorine (1920s1930s). International Symposium on Setting their Table: Women and the Periodic Table of
Elements
, Murcia, Spain.  http://www.iypt2019women.es/abstract_list.php
http://www.iypt2019women.es/pdf/abstracts/abstract_template_wpt2018.pdf

9.      https://en.wikipedia.org/wiki/Reatha_King

10.  https://en.wikipedia.org/wiki/Alice_Hamilton

11.  https://en.wikipedia.org/wiki/Toshiko_Mayeda

12. 感謝淡江大學化學系魏和祥榮譽教授幫忙考察日本文獻,確認這位同位素放射化學家的中文譯名。

1086 Total Views 8 Views Today
Print Friendly, PDF & Email

Please give us your valuable comment

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *