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元素的身份证

时间:2019-09-29    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

元素的身份证


化学上靠着五光十色,竟能发现新的元素,或探索已知元素的踪迹,似

乎令人费解。

原来元素天生的都各有一张身份证,上面印有五光十色的线条,谁也不


能伪造。凭着这一身份证,无论元素藏在哪里,或含量极其稀少,科学家们

都能把它识别出来。

光,一般人常称为光线,一般的人和动物都能感受到它的存在,绿色植

物也能对它做出相应的反应。在阳光普照下,人们习以为常,不以为奇,但

光在物理学家们眼里,长期对之感到普通而可见,神秘而莫测,特别是在 1666

年,物理学家牛顿,发现一束白光在三棱镜片下,竟然成为一条彩色带,其

中红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,就像雨后转晴的天空,出现的彩虹那样,

从此物理学中,就兴起了光谱学这一个分支。

不同的光源发出不同颜色的光,本是很平常的事,自从有了光谱学,物

理学家和化学家们,开始研究不同色光的光谱有什么不同,由此发现,不同

元素有不同的光谱,并明确提出观测光谱,可以简便地检出某种元素,甚至

可以将其他星球上的元素检验出来。

人类古代所使用和发现的元素,如碳、硫、金、银、铜、汞、铅、铁、

锡、锑等,有的是自然界天然就有的,有的简单加热或用炭还原就能从矿石

中得到,人类仅知道有这些元素(当然当时不会称它们为元素)的状况,一

直维持到公元纪年开始,接着由于流行炼金和炼丹以及制药等实验活动,在

1000 多年的时间里,又相继发现了一些元素,如锌、砷、磷等。18 世纪初,

欧洲兴起了燃素说,促进了实验化学的发展,相继又发现了不少的元素,氢、

氧、氮、氯、氟、锰等。但在这一世纪 100 年的时间里,发现的元素也只有

18 种。

到了 18 世纪后期,拉瓦锡把当时已知的 33 种元素做了分类,分为气体

元素,非金属、金属等,但他在这一分类的体系中,把光也当成一种气体元

素,热也被他当成一种气体元素。而对发现了十多年之久的氯,因有些争议,

就被排除在气体元素之外,错误的称它为“盐酸基”。毕竟这是元素分类工

作的起点,对当时理解元素,是由于理论和技术水平所限,或是弄不清它们

的本质,或是不能使它们再分解罢了,而他的基本观点是正确的,这在当时,

已是十分难能可贵的了。

18 世纪末期,意大利物理学家伏特在 1792 年~1796 年间,发明了铜片、

锌片在稀硫酸中组成的简单电他,这种简单的化学电源,被化学家们纷纷采

用,做了许多电解的实验。弄清楚了许多物质的组成;并发现和制出了多种

金属元素的单质。其中首推英国化学家戴维所取得的成果最大。

戴维生于 1778 年,17 岁时到一家药房当学徒,这期间他自学化学,特

别爱做化学实验,酒杯、烟斗等物,都被他用来当作化学仪器。23 岁的戴维,

就被推荐到英国化学皇家学院,担任化学助教和实验指导,他在英国皇家学

院任职期间,突出成就之一,是他用电解的方法发现和分离出钾、钠、钙、

镁、钡和锶等 6 种金属元素,在很短而不到两年时间里,由一个人发现五、

六种元素,这在化学元素发展史上,是绝无仅有的事,戴维的成就在于他使

用的方法得当,同时也是他对这元素的存在,都已有了先见之明。

真正能够使人对某元素的是否存在,能够有所发现的,还靠了各种元素

的特殊光谱。

1860 年德国科学家本生和基尔霍夫两人合作,研制发明了分光镜,它的

构造是将被测光源,已知光源和目测镜,从可旋转位移的目测镜中观察,将

被测光谱对照,就能准确无误的检查发出被测光源的物质中含有什么元素,

从而也可以发现人们未知的新元素。1860 年和 1861 年,他们两人就是从光


谱分析中,相继发现了铯(Cs)和铷(Rb)两种新元素。铯和铷是比钾还活

泼的金属元素,可用电解的方法制出单质,但必需有大量含铯或铷的某种纯

净的化合物,进行操作才是可行的,本生和基尔霍夫虽然没有制出铯和铷单

质,但他们的发现是被公认的,并被载入了化学元素发现史册。

有趣的是稀有气体氦,最初是用分光镜观察日食时,发现月球上有它,

27 年后的 1895 年,同是用了分光镜,发现了地球上也有它。地球大气中氦

的含量占大气总体积的百万分之五点二(5.2ppm)。要从大气中直接发现氦

的存在,几乎是不可能的。而从空气中提取并制得纯氦,则更是近几十年,

有了精密分馏空气设备以后的事情了。

元素的光谱,又叫发射光谱,实在太有用了,如果仅把它当着元素的身

份证,那就太低估了它的科学价值。

人们研究了氢光谱,计算了光谱中各线条所在位置的相应波长,创立了

行星系水平的原子结构学说,从理论上推导出氢原子核外电子离核所在的位

置和运动规律。这是本世纪初,物理学的巨大成就之一。后来,原子结构理

论,仍是根据光谱的这一事实,又有了新发展,而且跟化学结合得更紧密。

其中的基础知识、主要结论及联系化学实际的一些情况,在中学化学里都有

介绍。

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