元素的身份证－化学大发现

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。

下页：元素凶神