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第11章 元素发现一览(5)

铥的命名源自“Thule”,传说中人类居住的最北的地方为“Thule”,意指要分离铥,困难不亚于到达遥远而神秘的地方“Thule”。

70.镱的发现

1878年瑞士化学家马里纳克在莫桑德尔称为“耳比亚”的矿中首次分离出镱的化合物,从而发现在意忒耳比镇出产的矿物中含有第四种“土”。马里纳克将这种“土”取名叫意忒耳比亚即氧化镱,而把其中的新元素称为“镱”“Ytterbium”。源自瑞典斯德哥尔摩附近的意忒耳比镇的名称。

到1906年,法国乌尔班将“镱土”溶在硝酸中进行多次结晶,得到两种性质不同的氧化物,他指出,马里纳克分离出的“镱”乃是镱和镥两个元素构成的。

71.镥的发现

1906年,法国的乌尔班在分离被马里纳克所称的“镱土”时,指出这种“土”实际是镱和镥的氧化物的混合物,从而发现镥,并取名为“Lutetium”,该词源自“lutetia”,巴黎的古代名称。与此同时,冯·韦尔塞巴赫也发现了这个元素,并将该元素命名为“镏”。

但是镥的名称是大家都接受的通用名称。

72.铪的发现

铪与锆有着差不多相同的离子半径,分别为0.87和079,两者化学性质极为相似,因此铪常和锆共生,早期工作对锆的研究,总是以含有约2%铪的锆为对象。1922年,玻尔根据他的原子结构的量子论认为,72号元素应属于锆族。根据这一推测,1923年,德国科学家科斯特和匈牙利科学家冯·赫维西在哥本哈根对锆矿石进行X射线光谱分析发现72号元素铪。1926年,他们两人用氟化铵和氟化钾的复盐从锆土中分离出金属铪。

铪的命名源自“Hafnia”——丹麦首都哥本哈根的拉丁文名称。

73.钽的发现

1802年,瑞典化学家埃克伯格在分析斯堪的那维亚半岛的一种矿物时,使它们的酸生成氟化复盐后,进行再结晶,从而发现了钽。

1814年贝采里乌斯判定它确是一种新元素,并赞同赋予它“钽”这个名字。原意是“使人烦恼”,因它不易与铌分离。

铌钽的氧化物和盐类早在1824年就开始研究,但纯金属可锻钽直到1903年才用金属钠还原氟钽酸盐的方法制得。1929年金属钽的生产才开始进入工业规模。

关于钽的命名有一种说法,认为是源自古希腊神话中吕底亚国王坦塔罗斯的名字。相传,坦塔罗斯由于触犯了众神而被罚在地狱中受酷刑。当他站在齐脖子深的水中因干渴而要饮水时,水就向下打旋消失不见了;当他因饥饿而想去吃离他只有几英寸远的果树上的果子时,树枝都摇晃起来使他够不着。而金属钽有极不寻常的耐酸性能,甚至能耐王水。钽在酸里,酸对它的影响绝不比坦塔罗斯站在水中时水对他的影响更大。所以用坦塔罗斯的名字命名金属钽。

74.钨的发现

1781年以前,人们认为瑞典出产的一种白色矿石是锡矿或铁矿石。1781年,舍勒证明其中并不含有锡和铁,只含有石灰和一种被他称为“钨酸”的特殊物质,他认为,还原钨酸有获得一种新金属的可能。

1783年,西班牙的两位化学家德鲁亚尔兄弟从瑞典的一种褐黑色的钨锰铁矿中,也得到钨酸。于是他们将钨酸和木炭粉末混合物在密封的泥制坩埚中高温灼烧,便发现生成一种黑褐色的新金属粒。过了六十七年,人们才制得纯净的银白色钨。钨的命名“tungsten”源自瑞典语“tungsten”,是“重”、“沉重的石头”之意。因为钨很重,1立方米重达19.1吨。

国际纯化学和应用化学协会将此元素改名为“wolfam”,意为狼口中的渣,其元素符号为“W”。而美国和英国并未接受这个名称,美国化学学会的《化学文摘》只承认“tungsten”这个名称。

75.铼的发现

铼是在化学元素周期律指导下发现的。1920年,由于电气工业的发展,当时迫切需要一种比钨更耐高温的金属。尽管当时并未发现它,但其基本性质已由元素周期律推测出来。德国地球化学家诺达克夫妇、塔克和贝尔格认为,这种元素应存在于铂矿石和其它矿物之中,特别是铌铁矿中。他们从1922年起,对铂矿石、铌铁矿、钽铁矿、软锰矿等1800多种矿物进行分析,终于在1925年利用X特性谱线从铂矿和铌铁矿中发现了铼。三年后,在600公斤的辉锑矿中分离出1克的铼。

为了纪念诺达克等人的故乡——德国莱茵市,他们给新元素命名为“铼”。

76.锇的发现

1803年,英国化学家台奈特将粗铂溶于稀王水中,得到一种具金属光泽的黑色残渣。经不同方法处理,他发现其中含有一种新元素,取名为锇。

锇的命名“Osmium”源自希腊文“osme”意为“臭味”“臭萝卜味”。因为粉末状的锇在室温下暴露于空气中,即有形成挥发性的四氧化锇OsO4的可能,生成的OsO4即使微量,也可以闻到它的特殊气味。

77.铱的发现

1803年,英国化学家台奈特将粗铂溶于稀王水中,得到一种具金属光泽的黑色残渣,经不同方法处理,他发现其中还含有另一种新元素铱。1803—1804年,法国的德士哥特尔、沃奎林、富克鲁瓦等人也相继发现铱。

铱的命名为“Iridium”,源自希腊语中的“Iris”,意为“彩虹女神”,因为该元素可以形成许多不同颜色的化合物。“Iridium”的原意便是“虹的元素”。在古希腊神话中,有一位虹神名叫伊里斯,乃是彩虹的化身,她是诸神的使者。人们就把沟通天和地的彩虹看作是伊里斯来回奔波的天然桥梁,所以古希腊人就用伊里斯的名字称呼彩虹为“iris”。

78.铂的发现

铂的俗名叫“白金”,18世纪初,西班牙人武德曾采集到一些铂粒,1741年曾由布朗尼格加以研究。

1735年,西班牙人德·乌罗阿作为科学考察团成员赴秘鲁,在那里的平托河地方的金矿中发现了铂。1744年乌罗阿将这种白金携带到欧洲,经英国科学家华生研究,至1748年才被确定是一种新金属元素。

因为铂很像银,所以乌罗阿便给这种新元素取名为“铂”,源自西班牙文“Platina”意为“平托地方的银”“稀有的银”,即白金。中文名就是把这两个字合成一个字。

79.金的发现

由于金化学性质的稳定性,使它在自然界中能以游离态存在,它是人类最早发现的金属之一。其发现年代可追溯到公元前3000—4000年前。在古埃及和我国商代,人们就已会采集提取金并制成饰物了。在公元前2000年,埃及人已会镀金、包金、镶金,将金拉成细丝来刺绣。在我国商代遗址中,出土有金箔、金叶片。在殷墟中出土有厚度为0.01毫米的金箔。西汉刘胜墓中出土的著名金缕玉衣,其金丝直径为0.14毫米。这些都说明当时加工金的工艺水平已经很高了。1964年,我国考古工作者在陕西省临潼县秦代栋阳宫遗址里发现八块战国时代的金饼,含金在99%以上,距今也已有2100多年的历史了。

金能奇妙地反射光线而闪闪发亮,具有光泽。在古代,欧洲的炼金家们用太阳来表示金,因为它像太阳一样,闪耀着金色的光辉。

金元素的名称源自英文“Geolo”,意为“黄色”;其元素符号“Au”由拉丁文“Aurum”一词而来。欧洲中世纪炼金术士曾用“⊙”符号表示金,对应太阳。

80.汞的发现

在纪元前,古人就知道汞,因为它有天然存在。

公元前350年,希腊著名哲学家亚里士多德就曾在自己的著作中描述过汞。

人类很早就知道辰砂,并掌握了用辰砂提取汞的技术。公元前1500年前的埃及人就知道用辰砂作红色颜料。公元前1000年左右的我国殷墟遗迹中就出土过涂有红色辰砂的武器。公元前700年,古希腊人曾开采硫化汞矿以炼取汞。在我国古代早有炼丹记载。公元前2世纪李少君“以祠灶、谷道、却老方见上。……祠灶则致物,而丹砂可化为黄金,黄金成以为饮器则益寿。”公元2世纪,东汉时,魏伯阳著的《周易参同契》也描述了汞具有挥发性,并能与硫化合。这些都说明我国古代学者对汞早有认识和研究。

汞的元素符号则用“Hg”表示。

81.铊的发现

1861年英国化学和物理学家克鲁克斯在分析一种从硫酸厂送来的残渣时,先将其中的硒化物分离掉,然后用分光镜检视残渣的光谱,发现在光谱中的亮黄谱线,有两条是从来没有见到过的,带有新绿色彩。他断定这种残渣中必定含有一种新元素,并把它命名为“铊”。该词源自拉丁文“Thallos”,意为“刚发芽的嫩枝”即绿色。

次年,法国化学家拉密从硫酸厂燃烧黄铁矿的烟尘中分离了黄色的三氯化铊,他再用电解法从TlCl3中提取出金属铊。

82.铅的发现

早在公元前3000年左右,人类就发现了铅,在纪元前成书的旧约圣经中几次讲到了铅。在古埃及它被用来给陶瓷上釉和制作饰品。古罗马人广泛用铅作水管和贮酒容器,至今还有一些完整的古罗马的铅管。在古埃及、希腊和罗马,曾用铅来铸钱币,以铅为焊剂。在古罗马,人们还用铅皮代替瓦铺在房顶上。在我国新石器时代晚期就有一些铜制工具和装饰品中含有铅。这说明在我国4000年前,我们的祖先就认识和使用了铅。商代晚期的铅器,铸造很精细。西周的铅戈含铅达97.5%。战国时期,《管子·地数篇》就有这样的记载:“上有陵石者,下有铅、锡、赤铜……”

铅的元素符号为“Pb”。

83.铋的发现

铋在自然界以游离金属或与铅、锡、锑等形成矿物的形式存在。早在15世纪时就已被发现。人们用木炭还原辉铋矿制得它。1450年,德国修士瓦伦丁曾描述过铋。正式的化学记述是在18世纪以后的事。1737年,赫罗特用火法分析钴矿时曾获得一小块样品,但不知是什么。事过20年,1757年,法国人日夫鲁瓦经分析研究,才确定这是新元素。

铋的命名源自德文“Wismuth”,意为“白色的团块”。希腊文原意为“白片”,因铋是白色的晶体。

84.钋的发现

1870年,已预言钋的存在。1898年,居里夫妇用硫化物沉淀法自沥青铀矿中分离出一种放射性比铀大400倍的新元素——钋。他们用验电器研究,首先发现了该元素。后又用铋片浸在沥青矿溶液中,新元素就析在铋片上,从而分离出钋。它与铋的化学性质相似。

居里夫人为了纪念她的祖国波兰,把新元素命名为“钋”。

元素说是人类认识物质组成过程中最早提出的学说,是化学组成理论的基石,也是哲学探讨的重要课题。

自然界复杂繁多的万物是否是由少数基本物质即元素构成的,万物是否统一于少数几种元素?古代哲学家最早提出了这一命题,并做出了回答。古希腊哲学家泰勒斯认为水生万物,万物统一于水。古代中国哲学家提出以土与金木水火杂,以成百物,认为万物统一于五行,即五种元素。此后,古希腊哲学家恩培多克勒也提出了拉瓦锡类似的“四元素”说。他们提出的元素思想,虽然还缺乏科学依据,只是一种主观臆测,而且也还远不是今天的科学的元素概念,然而毕竟是从物质世界本身来说明物质世界和寻找统一物,从而体现了一种朴素的唯物主义思想。这是难能可贵的。

17世纪中叶,英国化学家波义耳继承了古代元素思想,并依靠化学实验研究了组成物质的元素。因此他认为,元素并不是水、火、土等复杂物质或现象,更不是亚里士多德所说的冷、热、干、湿等性质,或柏拉图所强调的理念等非物质的精神,而是那些原始的、简单的或是丝毫没有混杂的物质,从而第一次提出了具有科学性质的元素概念。这也是化学科学中出现的第一个化学基本概念,并成为近代化学科学诞生的标志。波义耳之所以能够提出科学的元素概念,从根本上看是在于他接受了当时刚刚兴起的微粒哲学,使他能够用物质微粒及其运动的观点对化学现象做出机械论的解释,而无需诉诸于超自然的、人格化的因素,冲破了长期居于统治地位的神秘主义哲学的束缚。此外,还在于他超出了古代哲学家的思维方式,不是依靠主观臆测,而是依靠科学实验来剖析物质,寻找和确定元素,进而建立起科学的元素观。因此,恩格斯说:“波义耳把化学确立为科学”。

但是,由于当时化学实验水平的限制,波义耳的元素概念还只是一种缺乏具体内容的抽象概念,还有待充实。这一工作在18世纪中叶由法国化学家拉瓦锡担负起来。他在化学实验分析的基础上终于确定了Au,Ag,Cu,Fe,Sn,O,H,S,P,C等33种简单物质为化学元素,并列出了化学上第一个元素系统分类表。其中虽然也把石灰、镁土、盐酸等化合物误当成了元素,然而毕竟是把波义耳的抽象元素概念具体化了,并有力地推动了化学家到具体物质中去寻找、发现化学元素的工作。到19世纪末,已经发现了79种化学元素。其间,在19世纪中叶,俄国化学家门捷列夫又把看来似乎是互不相干的化学元素,依照原子量的变化联系起来,发现了自然界的重要基本定律——化学元素周期律,从而把化学元素及其相关知识纳入到一个严整的自然序列规律之中,既提高了人们学习、掌握化学知识的效率,又从理论上指导了化学元素的发现工作。到20世纪40年代,人们已经发现了自然界存在的全部92种化学元素。与此同时,人们又开始用粒子高能加速器来人工制造化学元素。这样到1996年已发现的元素总数达到114种。

波义耳定律

现代化学元素思想的形成和化学元素的发现,进一步证实了辩证唯物主义自然观的科学性。它表明,自然界中居于分子层次以上的物体,从宏观的天体到微观的分子,从有生命的动植物到无生命的矿物都是由化学元素组成的。例如火星的土壤是由Fe,Si,Ca,Al,S等化学元素所组成;生命体是由C,H,O,N,S,P等化学元素组成,体现了辩证唯物主义的物质统一观。此外,人们认识了化学元素,还为化学知识的化繁为简,以及促进物质的加工转化创造了有利条件。例如地球上的生物和非生物多达400多万种,然而从化学元素的观点看来,却超不出已知100多种化学元素,只是元素组成和组成的方式不同而已。由此还可以利用化学反应使物质发生转化。例如在原料和产品都具有C,H,O,N等4种化学元素的基础上,可以把煤、水、空气转化成为化肥和炸药;在共同具有C,H,O,N,P,S等6种主要元素的基础上,可以把H2O,CO2,NH3,H3PO4等物质转化成蛋白质和核酸等生物体内的物质。

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