臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan元素週期表背後的女科學家
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 Lermontova，1846-1919) —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 Horovitz，1877-1942）—同位素名詞及鉛釷相關研究
英國化學家弗瑞錐克·索迪（Frederick Soddy）在1913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 Brooks，1876-1933）—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年威廉·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 Hoffman，1926-)—、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. 棠·邵內西(Dawn Shaughnessy)–超重元素原子序113-118的發現
棠·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)8。1936 -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. 瑞塔·克拉克·金（Reatha Clark King，1938-）—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 Hamilton，1869-1970）—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)，和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 Mayeda，1923-2004) —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，1941年12月7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。