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第9章 元素发现一览(3)

镍的历史和钴的历史相似,古人早已知道使用镍的合金——白铜。1751年,瑞典的矿物学家克朗斯塔特取“尼客尔铜”即“假铜”表面风化后的晶粒与木炭共热,还原出一种白色金属,其性质与铜不同,后来他仔细研究了它的物理、化学性质后,确认是一种新元素。

与钴的命名类似,矿工们对德国的银矿山上另一种同类矿石也很讨厌,它曾使矿工们长期受累,他们称它为“假铜”、“魔鬼的铜”。克朗斯塔特采用缩略词“Nickel”命名新金属,汉语译名称为“镍”。

值得提出的是,据考证,我国早在克朗斯塔特前1800多年的西汉,便已经懂得用镍与铜来制造合金——白铜,并将白铜器件销于国内外,说明我国是最早知道镍的国家。至今,波斯语、阿拉伯语中还把白铜称为“中国石”。

29.铜的发现

铜是人类发现最早的金属之一,它的发现可以追溯到公元前5000年~前4000年,在新石器时代晚期,人类最先使用的金属就是“红铜”。红铜起初多来源于天然铜。在石器作为主要工具的时代,人们在拣取石器材料时,偶尔遇到天然铜。当人们有了长期用火,特别是制陶的丰富经验后,为铜的冶铸准备了必要的条件。

在发掘出的公元前5000年的中东遗迹中,就有铜打制成的最早的铜器。公元前4000年左右,铜的铸造技术已普及。公元前3000年左右,传到印度,后来传到中国。到公元前1600年左右的殷朝,青铜器制造业已很发达。

古代人们把铜取名为“Copper”,该词源自拉丁语“Cuprum”,与从前在“塞浦路”找到铜矿有关。德语叫“Kupfer”。

30.锌的发现

黄铜即铜锌合金,在公元前4000年大概就已经出现了。在特兰西瓦尼亚史前废墟中发现的一种合金含锌量高达87%。据考证,我国在汉初就已经知道炼制黄铜。我国古代称黄铜为“鍮石”,在唐朝一些文献中,则记载着用“炉甘石”炼制黄铜。明朝宋应星著《天工开物》一书,详细记载了炼制方法:“每红铜六斤,入倭铅四斤,先后入罐熔化,冷定取出,即成黄铜。”这里所说的“红铜”即“铜”,“倭铅”即锌。

金属锌究竟始自何时、由何人首先制备,尚不清楚。但在13世纪甚至可能更早以前,印度炼金术士就用羊毛一类的有机物还原异极矿的方法生产锌。在我国,据考证,最迟在明朝就已经开始炼制锌了。1637年,明《天工开物》详细记载了如何用“炉甘石”升炼“倭铅”,即用碳酸锌炼制金属锌。书中写道:“凡倭铅,古本无之,乃近世所立名色。其质用炉甘石熬炼而成。繁产山西太行山一带,而荆、衡为次之。”“每炉甘石十斤,装载入一泥罐内,封果泥固,以渐砑干,勿使见火拆裂。然后,逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,罐中炉甘石熔化成团。冷定,毁罐取出。每十耗去其二,即倭铅也。此物无铜收伏,入火即成烟飞去。以其似铅而性猛,故名之曰‘倭’云。”

瑞士人帕拉赛尔苏斯是把锌作为单独的金属元素来认识的第一个欧洲人,他于1538年在其著作中将菱锌矿称为“Zinek”或“Zinken”,而把锌称为“Zinckum”。1668年,德国化学家施塔尔把氧化锌与脂肪在砂盆上加热6~7天,将混合物进行蒸馏,得到少量灰色物质,再将这灰色物质混入水银中进行蒸馏,则得到金属锌。欧洲到18世纪才开始炼锌。英国的钱皮恩在1743年用焦炭还原碳酸锌的方法生产锌。西方也承认,“中国生产金属锌早于欧洲近四百年。”

必须指出,西方国家文献中记载的“首先发现锌元素”的德国人马格拉夫迟至1746年才发现锌元素。因此锌元素首先发现者应为中国的化学家,时间为15世纪。

锌的命名拉丁文原指白色或白色沉淀物,也有一种说法认为源于德文“Zinek”,“Zinken”,意指“铅”或“菱锌矿”。

31.镓的发现

1875年,法国化学家布瓦博德朗在用光谱分析法分析从比利牛斯山的闪锌矿得到的提取物时,发现了门捷列夫在周期表中预言的“类铝”——镓。他先把矿石溶解,再加入金属锌于溶液中,即在锌上有沉淀生成,此沉淀用氢氧焰燃烧,再用分光镜检查,发现两条从未见过的新谱线,其波长为417nm的地方,进一步研究后确定为一新元素。当年,他用电解方法制得这种金属。

为了纪念自己的祖国法兰西,布瓦博德朗把新发现的元素命名为“镓”,即法国的古名“家里亚”。它源自于法国的拉丁名称“Gallia”。但是,也有人指出,他本人的名字“Lecoq”在法语中意为“雄鸡”,也就是拉丁语中的“Gallus”,因此,有人怀疑布瓦博德朗用自己的名字命名了一种新元素。

32.锗的发现

1871年俄国化学家门捷列夫预言“类硅”的元素存在。

1885年德国矿物学家威斯巴克在一矿山发现了一种以硫化银为主的新矿石——弗赖堡矿石即硫化银锗矿。

1886年,德国化学家温克勒分析这一新矿物,八个全分析结果均差7%左右,因此他断定矿石中一定含有一种未知的新元素。他认为这新元素必定同砷、锑、锡三者同属于一分析组,将矿物与碳酸钠和硫共熔,然后溶于水中,过滤,溶液中加入大量盐酸即得到大量片状的白色沉淀,把这沉淀烘干后于氢气流中加热还原,就分离出这种新元素。

温克勒为了纪念他的祖国德意志,把新元素命名为“Germanium”,即“锗”,源自德国的拉丁名称“Germania”。

33.砷的发现

古代,人类就知道元素砷。一方面它可作为一种贵重药物,另一方面它又具有毒性。早在4000多年前,我国人民就知道雄黄酒杀菌、驱虫的功效,炼丹家用雄黄作炼制“长生丹”的原料。早在公元5世纪齐梁人陶弘景所著的《本草经集注》中就有记载。我国古代炼丹家葛洪在《抱朴子·仙药》一书中,明确记述了制取单质砷的方法:“又雄黄……饵服之法,或以蒸煮之,或以酒饵,或以硝石化为水乃凝之;或以玄胴肠裹蒸之于赤土下;或以松脂和之;或以三物炼之;引之如布,如白冰。”这里所述的炼砷原理即以氧化剂将含硫化砷的雄黄转变成氧化砷,再以富碳化合物,在高温下还原生成砷。

隋末唐初的医药家、炼丹家孙思邈,在他的著作《太清丹经要诀》一书中,也有一段炼砷的记述:“雄黄十两,末之。锡三两。铛中合熔,出之,入皮袋中揉使碎。入坩埚中火之,其坩埚中安药了,以盖合之,密固入风炉吹之,令埚同火色,寒之,开,其色似金。”

几个世纪以后,1250年,罗马的马格努斯在由雄黄与肥皂共热时才得到纯净的砷。但比中国炼丹家发现砷晚了约600年。在古代,炼金家们用毒蛇作为代表砷的符号。砷的英语名称“Arsenic”一词来源于阿拉伯语“Azzernikh”,意指砷的矿石——石黄,该矿石的拉丁文名称是“auriPigmentum”,意为“金色的染料”。

34.硒的发现

1817年瑞典化学家贝采里乌斯用法龙镇产的黄铁矿制取硫酸,在铅室的底部发现有红色粉末状的物质。用王水溶解、过滤,滤液加氨水产生沉淀。沉淀经水洗干燥后,放入玻璃管中,加入少许钾加热,沉淀物即燃烧分解,将玻璃管插入水中,则部分溶解于水,溶液呈橘黄色,其色与钾的氢碲化合物所呈的红酒一般的色泽绝不相同,数小时后,液体变浑浊,具有红色羽毛状沉淀出现,再加硝酸,此沉淀物增多,过滤后,将沉淀物置蜡烛火焰燃烧,放出臭白菜的臭味,与碲大不一样。进一步研究,确定红色物质是与碲性质相似的一种新元素。

硒的命名“Selenium”,源自希腊语“月亮”之意。因为硒是继碲之后发现的,且性质和碲很相似。而碲的希文原意是“地球”的意思。因此硒与碲呈姊妹元素。

35.溴的发现

1824年,年轻的法国化学家巴拉德在研究海藻和废海盐母液时,把海藻烧成灰用热水浸取,再通入氯气,这时除得到紫黑色的晶体碘以外,他还发现在提取后的母液底部,总沉着一层深褐色的液体,有刺鼻的臭味,最后他证明这种深褐色的液体,就是尚未被人们发现的新元素。1826年巴拉德发表了论文《海藻中的新元素》。另外,他把氯气通到从地中海盐场中获得的废海盐的母液里,第一次获得了溴。

开始,巴拉德建议把发现的新元素取名为“卤”,它源自拉丁词“muria”,意为“盐水”。巴拉德把自己的发现通知了巴黎科学院。科学院把这个新元素改称为“Bromine”,源自希腊词“bromos”,意为“恶臭”。因为它具有恶臭味,且是唯一的在常温下处于液态的非金属元素,因此中文名“溴”。

值得一提的是,当巴拉德的论文《海藻中的新元素》发表后,德国著名的化学家利比希仔细阅读了该文,非常懊悔。因为在几年前他也做过类似的实验,也看到过这一奇怪的现象,只不过当时他仅凭臆想就断定这种红褐色的液体是氯化碘,因此他只是往瓶上贴一个“ICl”的标签就完了,错过了发现一种新元素的机会。后来,利比希把那张标签取下来挂在床头,以作教训,并在自传中写道:“从那以后,除非有非常可靠的实验作根据,我再也不凭空地自造理论了。”

36.氪的发现

1898年,英国化学家拉姆赛和特拉弗斯用化学方法以红热的铜和镁从空气样品中除去氧和氮后,将剩余的25ml残余气体混合物转入一个与感应圈相连的普律克管里去观察它的光谱,只见一条黄色明线,比氦线略带绿色,另一条光辉的绿线,也不和氩、氦等气体的谱线位置重合,作新气体的密度测定发现在周期表上它位于溴和铷之间,从而确定了存在一种新的元素。这就是氪。

氪的命名源自希腊语“Kryptos”,原意是“隐藏”、“隐匿的”,即隐藏于空气中多年才被发现。

37.铷的发现

1861年,德国化学家本生和基尔霍夫处理锂云母,制成溶液,该溶液中除碱金属外,不含其他元素。然后加入少许氯化铂即得到大量沉淀,在分光镜上检查沉淀物时,发现在钾元素两条线之间出现两条深紫色的线。该沉淀不断用热水洗涤,终于在灼烧沉淀的火焰中,发现钾线消失,而出现了红、黄和绿色等新明线数条,这些明线都不属于当时已知的元素。特别是一条深红的明线,位置正在太阳光谱最红一端,于是他们断定分离出了一种新元素,同时命名新元素为“铷”。同年,本生又用电解法首次制备出游离的金属铷。

铷的命名“Rubidium”,源自拉丁语,意为“最红的红色”或“暗红”。

38.锶的发现

1790年英国爱丁堡的克劳福德在苏格兰的斯特朗廷利用已开采出的铅矿样品,第一个区别了自然界存在的碳酸锶和碳酸钡,经研究后,确定为一种新“土质”,并指出这新土质的氯化物的溶解度和结晶形状都不同于氯化钡,定名为锶土。后于1792年为霍普所证实。

1808年,英国化学家戴维在用电解法电解钾碱和钠碱获得钾和钠以后,继续用电解方法分解苦土、石灰、锶土、重土,经过多次失败,终于获得金属钙、镁、锶、钡。他利用汞弧阴极电解氧化锶和氧化汞的混合物,然后从生成的汞齐上蒸出汞来,留下银球状的纯金属锶。锶的命名是为了纪念初始发现地的地名斯特朗廷。

39.钇的发现

早期的化学家把任何不溶于水而且不受加热影响的物质都称为“土”。1794年,34岁的芬兰化学家兼矿物学家加多林从瑞典斯德哥尔摩附近的小镇“意忒耳比”的一个采石场所产的黑色矿物中,采用分级结晶法分离该矿时发现里面含有38%的“新土”,,后经其他人重复分析,证实了该矿石里的确存在一种新元素。到1843年,莫桑德尔分析这种新土时,发现其中至少含有三种土质:无色氧化物为“钇土”、黄色的“铒土”、玫瑰色的“铽土”。并首次获得高纯度钇。新元素被命名为“Yttria”,意为“意忒耳比”村镇发现的。汉译名称“钇”。而把首先发现其中含有钇的矿石命名为加多林矿。以纪念它的发现者加多林。尽管加多林当时得到的钇元素还不纯,但至今认为他是首先发现稀土元素的学者。

40.锆的发现

1789年德国化学家克拉普鲁特在分析锡兰岛上一种锆英石矿时发现了其中一种不溶于过量的NaOH或KOH的黄褐色氢氧化物沉淀物,并发现以前一切分析锆矿的结果都是错误的,从而发现了一种新的化学元素锆。

1824年,瑞典化学家贝采利乌斯首先用钾还原K2ZrF6时制得金属锆。勒利和汉勃罗格尔于1914年用无水氯化锆与过量金属钠加热到500℃,制得足够纯净的有展延性的锆。

锆的命名“Zirconium”源自希腊文一种锆矿的名称“风信子石”。

41.铌的发现

1801年英国化学家哈切特分析北美一种铌铁矿石时发现了铌。1864年,布朗斯登用强烈的氢气火焰使氯化铌还原为铌。

铌的命名颇有一段趣味故事。因为当时哈切特研究的矿石是在美国发现的,美国又称为哥伦比亚,为纪念哥伦比亚将新元素取名为“钶”。

但是,1802年瑞典化学家埃克伯格又发现了与“钶”性质非常相似的“钽”。因此很长一段时间曾将该两者认为是同一种元素,包括当时许多有名的化学家如贝采利乌斯等人都是这样判断的,且只采用“钽”这个名称。

直到1845年德国化学家罗泽才指出“钶”和“钽”是两种不同元素,由于两元素性质非常相似,罗泽就把“钽”叫成“铌”。1907年才制得纯金属铌。铌的取名是以古希腊神话中吕底亚国王坦塔罗斯的女儿尼奥勃的名字来命名的。

多年来,铌这个元素保留了两个名称,在美国用“钶”,在欧洲用“铌”,直到1951年国际纯化学和应用化学协会命名委员会正式决定统一采用“铌”作为该元素的正式名称。现在美国化学家已改用“铌”这个名称,但冶金学家和金属实业界有时仍用“钶”这个名称。

基尔霍夫和本生共同发现了铷、铯。

42.钼的发现

天然产的硫化钼在外表上很像石墨,是一种黑色的柔软的矿物。在18世纪末叶以前欧洲市场上将辉钼矿和石墨混称。1778年瑞典化学家舍勒明确指出辉钼矿和石墨是两种完全不同的物质,并将辉钼矿与硝酸混合,制得一种特殊的白色物质——钼酸。断定该矿是一种新金属的氧化物,从而首先发现钼。贝格曼曾向舍勒指出这种物质是一种新金属氧化物。但由于没有适当的高温熔炉使钼酸还原,因此舍勒将该问题委托其朋友埃尔姆去研究。

1782年瑞典的埃尔姆用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,首次制得金属钼并将该元素定名为“Molybdenum”,汉译名为“钼”。

钼的取名是从希腊文“Molybdos”得来的,意思是“似铅”,因为辉钼矿是铅灰色的,和铅在外表上很相似。因此,人们曾误把钼当作“铅”。

43.锝的发现

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