元素發(fā)現(xiàn)史(8)匯總

1、元素發(fā)現(xiàn)史Discovery of chemical elementDiscovery of chemical element2010-10-282010-10-28第六章第六章 光譜分析法與元素的發(fā)現(xiàn)光譜分析法與元素的發(fā)現(xiàn)第一節(jié)第一節(jié) 光譜分析法創(chuàng)立光譜分析法創(chuàng)立第二節(jié)第二節(jié) 堿金屬銫銣的發(fā)現(xiàn)堿金屬銫銣的發(fā)現(xiàn)第三節(jié)第三節(jié) 金屬鉈金屬鉈( (音它音它) )銦的發(fā)現(xiàn)銦的發(fā)現(xiàn) 古代古代人們通過(guò)實(shí)踐生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)的元素僅有人們通過(guò)實(shí)踐生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)的元素僅有9 9種；種； 1717世紀(jì)近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)興起，一批伴隨人類(lèi)數(shù)千年的元世紀(jì)近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)興起，一批伴隨人類(lèi)數(shù)千年的元素從各種化合物中顯現(xiàn)出來(lái)，素從各種化合物中顯

2、現(xiàn)出來(lái)，17891789年年，拉瓦錫元素表上已，拉瓦錫元素表上已有元素有元素2323種；種； 1818世紀(jì)末世紀(jì)末分析化學(xué)的發(fā)展，又有一些元素從新發(fā)現(xiàn)的分析化學(xué)的發(fā)展，又有一些元素從新發(fā)現(xiàn)的礦石中現(xiàn)形，人類(lèi)掌握的元素種類(lèi)礦石中現(xiàn)形，人類(lèi)掌握的元素種類(lèi)超過(guò)超過(guò)3030種；種； 1919世紀(jì)初，由于電化學(xué)方法的應(yīng)用，化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)世紀(jì)初，由于電化學(xué)方法的應(yīng)用，化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)有一個(gè)激動(dòng)人心的大躍進(jìn)，有一個(gè)激動(dòng)人心的大躍進(jìn)，18291829年年戴維去世時(shí)，元素?cái)?shù)目戴維去世時(shí)，元素?cái)?shù)目升至升至5353種；種； 18441844年年，釕被發(fā)現(xiàn)后，元素?cái)?shù)目上升到，釕被發(fā)現(xiàn)后，元素?cái)?shù)目上升到5757種。種。古

3、古代代9231789531829571844？1860第一節(jié)第一節(jié) 光譜分析法創(chuàng)立光譜分析法創(chuàng)立 利用光利用光譜學(xué)譜學(xué)的原理和的原理和實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法以確定物方法以確定物質(zhì)質(zhì)的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和化和化學(xué)學(xué)成分的分析方法成分的分析方法稱(chēng)為稱(chēng)為光光譜譜分析法分析法(spectrum analysis)(spectrum analysis)。 18581859年間，德國(guó)化學(xué)家本生和物理學(xué)家基爾霍夫奠定了一種新的化學(xué)分析方法光譜分析法的基礎(chǔ)，他們被公認(rèn)為光譜分析法的創(chuàng)始人。光譜分析的雛形光譜分析的雛形-焰色實(shí)驗(yàn)焰色實(shí)驗(yàn) 舊唐書(shū)舊唐書(shū)中記載：武則天中記載：武則天 賞賜黃金賞賜黃金 鳳閣侍郎鳳閣侍郎 劉煒劉煒 逢人

4、炫耀逢人炫耀 唐詵：藥金（紅銅和唐詵：藥金（紅銅和ZnCOZnCO3 3 燒煉成黃燦燦的黃銅），燃燒，冒出五燒煉成黃燦燦的黃銅），燃燒，冒出五色火焰。色火焰。 六世紀(jì)初，南北朝時(shí)醫(yī)藥煉丹大師六世紀(jì)初，南北朝時(shí)醫(yī)藥煉丹大師陶弘景陶弘景（456-536456-536）能明確指出用）能明確指出用火焰試法辨別硝酸鉀火焰試法辨別硝酸鉀“以火燒之，紫青煙起，云是真硝石也以火燒之，紫青煙起，云是真硝石也”，已經(jīng)認(rèn)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到硝酸鉀在火焰中產(chǎn)生特有的紫色，可用來(lái)鑒定。識(shí)到硝酸鉀在火焰中產(chǎn)生特有的紫色，可用來(lái)鑒定。 西方最早應(yīng)用焰色試法的是德國(guó)西方最早應(yīng)用焰色試法的是德國(guó)馬格拉夫馬格拉夫，17581758年注意

5、到，在火焰年注意到，在火焰上撒以鈉鹽，則火焰呈黃色，撒以鉀鹽，則火焰呈紫色。上撒以鈉鹽，則火焰呈黃色，撒以鉀鹽，則火焰呈紫色。后后來(lái)來(lái)不少科不少科學(xué)學(xué)家家認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)到，各到，各種種不同金不同金屬鹽屬鹽在火焰中呈在火焰中呈現(xiàn)現(xiàn)出不同的出不同的顏顏色色. . 焰色反焰色反應(yīng)應(yīng)是某些金是某些金屬屬或或它們它們的化合物在無(wú)色火焰中灼的化合物在無(wú)色火焰中灼燒時(shí)燒時(shí)使火焰呈使火焰呈現(xiàn)現(xiàn)特征的特征的顏顏色的反色的反應(yīng)應(yīng)；在化在化學(xué)學(xué)上，常用上，常用來(lái)測(cè)試來(lái)測(cè)試某某種種金金屬屬是否存在在于化合物。是否存在在于化合物。劃時(shí)代的成就-牛頓開(kāi)創(chuàng)了光譜學(xué)牛頓開(kāi)創(chuàng)了光譜學(xué)牛頓（牛頓（Newton, I.Newton, I

6、.，1642164217271727）v 公元前一世紀(jì)，羅馬哲公元前一世紀(jì)，羅馬哲學(xué)家塞內(nèi)加最早指出彩虹學(xué)家塞內(nèi)加最早指出彩虹的七種顏色和玻璃片的七的七種顏色和玻璃片的七種顏色是同一種道理。種顏色是同一種道理。v 16661666年，牛頓揭開(kāi)七色年，牛頓揭開(kāi)七色奧秘，開(kāi)始進(jìn)行光譜研究。奧秘，開(kāi)始進(jìn)行光譜研究。 牛頓在牛頓在16661666年首先找到了把白光分解成各種顏色光的年首先找到了把白光分解成各種顏色光的方法：利用棱鏡展現(xiàn)了光譜。方法：利用棱鏡展現(xiàn)了光譜。讓一束陽(yáng)光通過(guò)簡(jiǎn)單的三棱鏡讓一束陽(yáng)光通過(guò)簡(jiǎn)單的三棱鏡 把太陽(yáng)光譜上所有顏色畫(huà)把太陽(yáng)光譜上所有顏色畫(huà)在一個(gè)圓木盤(pán)上，再讓木盤(pán)繞在一個(gè)圓木盤(pán)

7、上，再讓木盤(pán)繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)著的木盤(pán)著中心軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)著的木盤(pán)看上去幾乎是白色?？瓷先缀跏前咨?J1672 1672 年，在倫敦皇家學(xué)會(huì)上年，在倫敦皇家學(xué)會(huì)上發(fā)表的第一篇論文發(fā)表的第一篇論文光和色的光和色的新理論新理論中，牛頓將這種彩虹中，牛頓將這種彩虹色帶命名為色帶命名為光譜光譜 (Spectrum)(Spectrum)，并，并正確地解釋了它的成因正確地解釋了它的成因 。J太陽(yáng)光是由不同折射率的光太陽(yáng)光是由不同折射率的光組成的；組成的；任何一種均勻的即頻任何一種均勻的即頻率相同的光都具有一定的與其率相同的光都具有一定的與其折射率相對(duì)應(yīng)的顏色；折射率相對(duì)應(yīng)的顏色；這種顏這種顏色在反射和

8、折射的過(guò)程中是不色在反射和折射的過(guò)程中是不會(huì)變化的，會(huì)變化的，任何顏色都不能從任何顏色都不能從白色和黑色混合而得到，光的白色和黑色混合而得到，光的數(shù)量不能改變顏色。數(shù)量不能改變顏色。亞里士多德：光本來(lái)是就是白色的亞里士多德：光本來(lái)是就是白色的, ,顏色不過(guò)是它強(qiáng)弱顏色不過(guò)是它強(qiáng)弱的表現(xiàn)的表現(xiàn), ,所以各種顏色都是由白色和黑色混合而成所以各種顏色都是由白色和黑色混合而成; ;由于由于各種物質(zhì)透明性不同各種物質(zhì)透明性不同, ,就呈現(xiàn)不同的顏色就呈現(xiàn)不同的顏色. .連續(xù)光譜連續(xù)光譜明線(xiàn)光譜明線(xiàn)光譜夫瑯和費(fèi)暗線(xiàn)夫瑯和費(fèi)暗線(xiàn) 1802 1802年，英國(guó)武拉斯頓在仔細(xì)觀察太陽(yáng)光譜時(shí)，注意年，英國(guó)武拉斯頓在

9、仔細(xì)觀察太陽(yáng)光譜時(shí)，注意到表面看來(lái)是連續(xù)的彩色光譜中，夾雜著不少垂直暗線(xiàn)，到表面看來(lái)是連續(xù)的彩色光譜中，夾雜著不少垂直暗線(xiàn)，大約有大約有7 7條。條。 他最初認(rèn)為或許是顏色間界限，但實(shí)際上各色間的變他最初認(rèn)為或許是顏色間界限，但實(shí)際上各色間的變化應(yīng)該是連續(xù)的，各色間不應(yīng)該出現(xiàn)條紋來(lái)區(qū)隔劃分?；瘧?yīng)該是連續(xù)的，各色間不應(yīng)該出現(xiàn)條紋來(lái)區(qū)隔劃分。 在無(wú)法解釋的情況下，他只能把這些暗線(xiàn)的出現(xiàn)歸在無(wú)法解釋的情況下，他只能把這些暗線(xiàn)的出現(xiàn)歸咎于棱鏡的缺陷。咎于棱鏡的缺陷。 18141814年年，德國(guó)物理學(xué)家，德國(guó)物理學(xué)家夫瑯和斐夫瑯和斐也發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光譜的黑線(xiàn)，也發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光譜的黑線(xiàn)，并且這些黑線(xiàn)顯示得更細(xì)致

10、、更清晰。并且這些黑線(xiàn)顯示得更細(xì)致、更清晰。 他仔細(xì)數(shù)了一數(shù)所能辨認(rèn)的暗線(xiàn)，其數(shù)目竟有他仔細(xì)數(shù)了一數(shù)所能辨認(rèn)的暗線(xiàn)，其數(shù)目竟有576576條，其中條，其中特別明顯的暗線(xiàn)有特別明顯的暗線(xiàn)有8 8條，分別標(biāo)記條，分別標(biāo)記A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H。他發(fā)現(xiàn)這些暗線(xiàn)的位置均為一定，不管用任何玻璃制得的棱。他發(fā)現(xiàn)這些暗線(xiàn)的位置均為一定，不管用任何玻璃制得的棱鏡位置都不會(huì)發(fā)生變化。鏡位置都不會(huì)發(fā)生變化。 夫瑯和費(fèi)進(jìn)行太陽(yáng)光譜和火焰光譜對(duì)比實(shí)驗(yàn)夫瑯和費(fèi)進(jìn)行太陽(yáng)光譜和火焰光譜對(duì)比實(shí)驗(yàn) 將將分光分光鏡鏡一器一器兩兩用，用，將將光光線(xiàn)線(xiàn)入口入口處處分成分成兩兩半，上半以半，上半

11、以陽(yáng)陽(yáng)光入射，下半以燃光入射，下半以燃燒燒的的鈉鈉焰入射，得到了上下平行的焰入射，得到了上下平行的兩兩行光行光譜譜。 發(fā)現(xiàn)發(fā)發(fā)現(xiàn)發(fā)出強(qiáng)烈出強(qiáng)烈黃黃光的光的鈉鈉焰在光焰在光譜譜中有中有兩條兩條很接近的明亮很接近的明亮黃線(xiàn)黃線(xiàn)，恰巧，恰巧與與太太陽(yáng)陽(yáng)光光譜譜中中標(biāo)記為標(biāo)記為D D的的兩條兩條黑黑線(xiàn)線(xiàn)在同一位置上。在同一位置上。這兩對(duì)線(xiàn)條這兩對(duì)線(xiàn)條的粗的粗細(xì)細(xì)和和長(zhǎng)長(zhǎng)短完全吻合。短完全吻合。 太陽(yáng)光譜中的暗線(xiàn)是怎樣形成的？幾乎各種火焰中都存在的明亮黃太陽(yáng)光譜中的暗線(xiàn)是怎樣形成的？幾乎各種火焰中都存在的明亮黃線(xiàn)都恰恰落在線(xiàn)都恰恰落在D D暗線(xiàn)的位置上，這又意味著什么？這個(gè)現(xiàn)象引起科學(xué)家暗線(xiàn)的位置上，這

12、又意味著什么？這個(gè)現(xiàn)象引起科學(xué)家對(duì)光譜研究的更大興趣對(duì)光譜研究的更大興趣 1825 1825年，英國(guó)物理學(xué)家托爾包特年，英國(guó)物理學(xué)家托爾包特(Talbot, W.H.F., 1800-1877) (Talbot, W.H.F., 1800-1877) ，制，制造了一種研究火焰光譜的儀器，關(guān)于光譜的研究有了進(jìn)一步突破造了一種研究火焰光譜的儀器，關(guān)于光譜的研究有了進(jìn)一步突破. . 重復(fù)馬格拉夫?qū)嶒?yàn)，試驗(yàn)鹽類(lèi)廣泛，他觀察到能把火焰著上特重復(fù)馬格拉夫?qū)嶒?yàn)，試驗(yàn)鹽類(lèi)廣泛，他觀察到能把火焰著上特殊顏色的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。通過(guò)火焰光譜弄清楚現(xiàn)象本質(zhì)。殊顏色的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。通過(guò)火焰光譜弄清楚現(xiàn)象本質(zhì)。 把一根燈芯

13、先浸在被研究的鹽溶液里，晾干后點(diǎn)燃，觀察其光把一根燈芯先浸在被研究的鹽溶液里，晾干后點(diǎn)燃，觀察其光譜，發(fā)現(xiàn)各種鉀鹽都發(fā)射出一條紅線(xiàn)，各種鈉鹽都發(fā)射出兩條黃譜，發(fā)現(xiàn)各種鉀鹽都發(fā)射出一條紅線(xiàn)，各種鈉鹽都發(fā)射出兩條黃線(xiàn)，他（是第一個(gè)）意識(shí)到把某一特征光譜線(xiàn)和某一特定物質(zhì)的線(xiàn)，他（是第一個(gè)）意識(shí)到把某一特征光譜線(xiàn)和某一特定物質(zhì)的存在聯(lián)系在一起（的人）。存在聯(lián)系在一起（的人）。 眼睛無(wú)法分別鍶鹽和鋰鹽的鮮艷火焰顏色，但在兩種火焰光譜眼睛無(wú)法分別鍶鹽和鋰鹽的鮮艷火焰顏色，但在兩種火焰光譜截然不同。截然不同。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告中：借助分光分析，即使極小實(shí)驗(yàn)報(bào)告中：借助分光分析，即使極小量的鍶和鋰混在一起，也能夠把它

14、們區(qū)別開(kāi)量的鍶和鋰混在一起，也能夠把它們區(qū)別開(kāi)來(lái)，和其他方法比較，這種方法絕不遜色。來(lái)，和其他方法比較，這種方法絕不遜色。 18521852年年，瑞典物理學(xué)家昂斯特朗（，瑞典物理學(xué)家昂斯特朗（Angstrom, A. J., 1814-Angstrom, A. J., 1814-18741874）發(fā)表一篇論文：某種金屬和它的化合物給出相同的光譜）發(fā)表一篇論文：某種金屬和它的化合物給出相同的光譜; ;火焰光譜中那些有特征性的明亮譜線(xiàn)是屬于某種元素的火焰光譜中那些有特征性的明亮譜線(xiàn)是屬于某種元素的而不屬于而不屬于化合物；在火焰光譜中化合物；在火焰光譜中某條或某幾條特征譜線(xiàn)的出現(xiàn)就表明火焰某條或某幾

15、條特征譜線(xiàn)的出現(xiàn)就表明火焰中存在某種元素中存在某種元素，即某種特征譜線(xiàn)是某種元素的標(biāo)志。，即某種特征譜線(xiàn)是某種元素的標(biāo)志。 18541854年年，美國(guó)物理學(xué)家阿爾特，美國(guó)物理學(xué)家阿爾特(Alter, D., 1807-1881)(Alter, D., 1807-1881)正式提正式提出了光譜定性分析的建議：出了光譜定性分析的建議：一個(gè)元素的發(fā)射光譜與其它元素的一個(gè)元素的發(fā)射光譜與其它元素的發(fā)射光譜比較，無(wú)論是光譜線(xiàn)數(shù)目、強(qiáng)度和位置都不相同，因發(fā)射光譜比較，無(wú)論是光譜線(xiàn)數(shù)目、強(qiáng)度和位置都不相同，因此對(duì)發(fā)射光譜的觀測(cè)，可以簡(jiǎn)便地檢出某種元素此對(duì)發(fā)射光譜的觀測(cè)，可以簡(jiǎn)便地檢出某種元素。利用一塊棱。利

16、用一塊棱鏡就可能將星球和地球上的元素檢驗(yàn)出來(lái)。鏡就可能將星球和地球上的元素檢驗(yàn)出來(lái)。 在可見(jiàn)光譜中，他確定了檢定個(gè)別元素可選用的特征光譜線(xiàn)，在可見(jiàn)光譜中，他確定了檢定個(gè)別元素可選用的特征光譜線(xiàn)，并作了一個(gè)表。并作了一個(gè)表。 光譜區(qū)譜線(xiàn)金屬紅橙黃綠藍(lán)靛紫銀Ag銅Cu鋅Zn汞Hg鉑Pt金Au銻Sb鉍Bi錫Sn鉛Pb鐵Fe黃銅Cu-Zn阿爾特譜線(xiàn)表阿爾特譜線(xiàn)表18591859年年, ,化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)光譜分析法正式建立化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)光譜分析法正式建立. .小型、簡(jiǎn)便、溫度高、火焰無(wú)色無(wú)光，小型、簡(jiǎn)便、溫度高、火焰無(wú)色無(wú)光，當(dāng)煤氣量大時(shí)火焰不跳動(dòng)，量少時(shí)又不當(dāng)煤氣量大時(shí)火焰不跳動(dòng)，量少時(shí)又不熄滅，火焰沒(méi)有縮回倒

17、燃的危險(xiǎn)熄滅，火焰沒(méi)有縮回倒燃的危險(xiǎn) 。本生燈本生燈本生本生基爾霍夫基爾霍夫 本生燈的溫度可達(dá)本生燈的溫度可達(dá)23002300，且沒(méi)有顏色，正因?yàn)檫@一點(diǎn)，且沒(méi)有顏色，正因?yàn)檫@一點(diǎn)幫助他發(fā)現(xiàn)了各種化學(xué)物質(zhì)的焰色反應(yīng)。不同成分的化學(xué)幫助他發(fā)現(xiàn)了各種化學(xué)物質(zhì)的焰色反應(yīng)。不同成分的化學(xué)物質(zhì)，在本生燈上燒時(shí)，出現(xiàn)不同的焰色，這一點(diǎn)引起他物質(zhì)，在本生燈上燒時(shí)，出現(xiàn)不同的焰色，這一點(diǎn)引起他極大的注意，成了他以后建立光譜分析的基礎(chǔ)。本生在他極大的注意，成了他以后建立光譜分析的基礎(chǔ)。本生在他發(fā)明的燈上燒過(guò)各種化學(xué)物質(zhì)，他發(fā)現(xiàn)，鉀鹽為紫色，鈉發(fā)明的燈上燒過(guò)各種化學(xué)物質(zhì)，他發(fā)現(xiàn)，鉀鹽為紫色，鈉鹽黃色，鋇鹽黃綠色，銅

18、鹽藍(lán)綠色。鹽黃色，鋇鹽黃綠色，銅鹽藍(lán)綠色。 樣本通常是粉或小塊的形式。以一條清潔且對(duì)化學(xué)惰性樣本通常是粉或小塊的形式。以一條清潔且對(duì)化學(xué)惰性的金屬線(xiàn)（例如鉑或鎳鉻合金）盛載樣本，再放到無(wú)光焰的金屬線(xiàn)（例如鉑或鎳鉻合金）盛載樣本，再放到無(wú)光焰（藍(lán)色火焰）中。（藍(lán)色火焰）中。 由于鈉很常見(jiàn)，其金黃色焰容易蓋過(guò)其他金屬的焰色，由于鈉很常見(jiàn)，其金黃色焰容易蓋過(guò)其他金屬的焰色，所以有時(shí)會(huì)經(jīng)所以有時(shí)會(huì)經(jīng)鈷藍(lán)玻璃鈷藍(lán)玻璃觀察其他金屬的焰色。觀察其他金屬的焰色。元素符號(hào)元素符號(hào)離子元素離子元素名稱(chēng)名稱(chēng)焰色焰色AsAsAsAs3- 3-砷砷藍(lán)藍(lán)B BB B3+3+硼硼青綠青綠BaBaBaBa2+2+鋇鋇黃綠黃綠

19、CaCaCaCa2+2+鈣鈣磚紅磚紅CsCsCsCs+ +銫銫淺紫淺紫Cu(I)Cu(I)CuCu+ +銅銅( (沒(méi)鹵素沒(méi)鹵素) )淺藍(lán)淺藍(lán)Cu(II)Cu(II)CuCu2+2+銅銅(II)(II)(沒(méi)鹵素沒(méi)鹵素) )祖母綠祖母綠Cu(II)Cu(II)CuCu2+2+銅銅(II)(II)(有鹵素有鹵素) )藍(lán)綠藍(lán)綠Fe(III)Fe(III)FeFe3+3+鐵鐵(III)(III)金黃金黃InInln ln3+3+銦銦藍(lán)藍(lán)K KK K+ +鉀鉀淺紫淺紫LiLiLiLi+ +鋰鋰深紅深紅元素符號(hào)元素符號(hào)離子元素離子元素名稱(chēng)名稱(chēng)焰色焰色Mn(II)Mn(II)MnMn2+2+錳錳黃綠黃綠MoM

20、oMoMo+ +鉬鉬黃綠黃綠NaNaNaNa+ +鈉鈉金黃金黃P PP P3- 3-磷磷青綠青綠PbPbPbPb2+2+鉛鉛綠綠RbRbRbRb+ +銣銣淺紫淺紫SbSbSbSb3- 3-銻銻淺綠淺綠SeSeSeSe2- 2-硒硒天藍(lán)天藍(lán)SrSrSrSr2+2+鍶鍶深紅深紅TeTeTeTe2- 2-碲碲淺綠淺綠TlTlTlTl3+3+鉈鉈綠綠ZnZnZnZn2+2+鋅鋅藍(lán)綠藍(lán)綠基爾霍夫制作的分光鏡基爾霍夫制作的分光鏡材料：一個(gè)雪茄煙盒材料：一個(gè)雪茄煙盒+ +兩根舊望遠(yuǎn)鏡鏡筒兩根舊望遠(yuǎn)鏡鏡筒 一根鏡筒的一頭，開(kāi)了一條狹縫，做成一根鏡筒的一頭，開(kāi)了一條狹縫，做成“平行光管平行光管” ，讓光，讓光通

21、過(guò)它射進(jìn)分光鏡；通過(guò)它射進(jìn)分光鏡； 光通過(guò)平行光管，落到三棱鏡上，三棱鏡罩在里面糊了一層光通過(guò)平行光管，落到三棱鏡上，三棱鏡罩在里面糊了一層黑紙的雪茄煙盒里；黑紙的雪茄煙盒里； 三棱鏡折射光線(xiàn)形成光譜，通過(guò)第二根鏡筒觀察光譜。三棱鏡折射光線(xiàn)形成光譜，通過(guò)第二根鏡筒觀察光譜。本生本生向火焰送進(jìn)幾粒純凈的鉀鹽，燈焰立刻呈現(xiàn)出鮮嫩的向火焰送進(jìn)幾粒純凈的鉀鹽，燈焰立刻呈現(xiàn)出鮮嫩的淡紫色，透過(guò)分光鏡淡紫色，透過(guò)分光鏡基爾霍夫基爾霍夫看見(jiàn)在黑色背景上出現(xiàn)一條看見(jiàn)在黑色背景上出現(xiàn)一條紫色線(xiàn)和一條紅色線(xiàn)，兩條譜線(xiàn)中間的光譜差不多連成一紫色線(xiàn)和一條紅色線(xiàn)，兩條譜線(xiàn)中間的光譜差不多連成一片，但是沒(méi)有一條明亮的譜線(xiàn)

22、。片，但是沒(méi)有一條明亮的譜線(xiàn)。經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有的鋰鹽都能產(chǎn)生一條明亮的紅經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有的鋰鹽都能產(chǎn)生一條明亮的紅線(xiàn)和一條較暗的橙線(xiàn)；所有的鍶鹽都能產(chǎn)生一條明亮的藍(lán)線(xiàn)和一條較暗的橙線(xiàn)；所有的鍶鹽都能產(chǎn)生一條明亮的藍(lán)線(xiàn)和幾條暗紅的線(xiàn)。線(xiàn)和幾條暗紅的線(xiàn)。每一種元素都有它特有的譜線(xiàn)，每一種元素的白熱蒸汽都每一種元素都有它特有的譜線(xiàn)，每一種元素的白熱蒸汽都能產(chǎn)生一定不變的幾條顏色的光線(xiàn)。而三棱鏡都能把這些能產(chǎn)生一定不變的幾條顏色的光線(xiàn)。而三棱鏡都能把這些光線(xiàn)分別折射到它們各自特定的位置。光線(xiàn)分別折射到它們各自特定的位置。光譜分析法靈敏度高，樣品量只需要光譜分析法靈敏度高，樣品量只需要1

23、 1毫克的三百萬(wàn)分之毫克的三百萬(wàn)分之一。一。光譜分析方法實(shí)驗(yàn)步驟光譜分析方法實(shí)驗(yàn)步驟 光譜分析在元素發(fā)現(xiàn)史上立下了不朽的功勛，是元素發(fā)現(xiàn)史中最重要的方法之一。第一個(gè)里程碑：發(fā)現(xiàn)銫、銣、鉈、銦元素；第二個(gè)里程碑：揭示太陽(yáng)元素奧秘，發(fā)現(xiàn)惰性元素；第三個(gè)里程碑：稀土元素的發(fā)現(xiàn)和分析。太陽(yáng)光譜太陽(yáng)光譜夫朗和費(fèi)線(xiàn)到底是什么原因產(chǎn)生？夫朗和費(fèi)線(xiàn)到底是什么原因產(chǎn)生？鈉的黃線(xiàn)和太陽(yáng)光譜鈉的黃線(xiàn)和太陽(yáng)光譜D D處的黑線(xiàn)為何總是占著同處的黑線(xiàn)為何總是占著同一位置？一位置？石灰光石灰光人造夫瑯和費(fèi)線(xiàn)人造夫瑯和費(fèi)線(xiàn)飽飽和和食食鹽鹽燈燈鈉火焰不但發(fā)射黃色光譜線(xiàn)，鈉火焰不但發(fā)射黃色光譜線(xiàn)，還吸收外來(lái)的黃色光線(xiàn)。還吸收外來(lái)

24、的黃色光線(xiàn)。太陽(yáng)的中心是個(gè)堅(jiān)實(shí)、溫度極高的核心。核心的周?chē)且蝗霟崽?yáng)的中心是個(gè)堅(jiān)實(shí)、溫度極高的核心。核心的周?chē)且蝗霟岬臍怏w所組成的稀薄氣體。射到地球表面上的太陽(yáng)光是從太陽(yáng)的核的氣體所組成的稀薄氣體。射到地球表面上的太陽(yáng)光是從太陽(yáng)的核里發(fā)出的。這種光本來(lái)含有一切顏色的光線(xiàn)，每一種顏色還含有各里發(fā)出的。這種光本來(lái)含有一切顏色的光線(xiàn)，每一種顏色還含有各種深淺不同的顏色。種深淺不同的顏色。假如這種光不必穿過(guò)熾熱的太陽(yáng)大氣，而將光線(xiàn)直接全部射到地假如這種光不必穿過(guò)熾熱的太陽(yáng)大氣，而將光線(xiàn)直接全部射到地球，那么太陽(yáng)光譜是一幅清晰的連續(xù)光譜。而實(shí)際太陽(yáng)光在開(kāi)始的球，那么太陽(yáng)光譜是一幅清晰的連續(xù)光譜。

25、而實(shí)際太陽(yáng)光在開(kāi)始的一段路上必須穿過(guò)太陽(yáng)大氣中的熾熱氣體。這些氣體也在發(fā)光，可一段路上必須穿過(guò)太陽(yáng)大氣中的熾熱氣體。這些氣體也在發(fā)光，可是和太陽(yáng)那高溫而堅(jiān)實(shí)的核心所發(fā)出的的光比起來(lái)，它們的光就弱是和太陽(yáng)那高溫而堅(jiān)實(shí)的核心所發(fā)出的的光比起來(lái)，它們的光就弱多了。因此，太陽(yáng)上的大氣就和基爾霍夫?qū)嶒?yàn)室里的含鈉火焰有著多了。因此，太陽(yáng)上的大氣就和基爾霍夫?qū)嶒?yàn)室里的含鈉火焰有著相同的作用：它會(huì)吸收、截留太陽(yáng)光線(xiàn)的一部分。相同的作用：它會(huì)吸收、截留太陽(yáng)光線(xiàn)的一部分。當(dāng)太陽(yáng)光沖出太陽(yáng)大氣，進(jìn)入較遠(yuǎn)的宇宙空間時(shí)，它已經(jīng)削弱了當(dāng)太陽(yáng)光沖出太陽(yáng)大氣，進(jìn)入較遠(yuǎn)的宇宙空間時(shí)，它已經(jīng)削弱了，稀薄了，里面已經(jīng)缺乏許多種光線(xiàn)

26、了。所以來(lái)到地球上射進(jìn)分光，稀薄了，里面已經(jīng)缺乏許多種光線(xiàn)了。所以來(lái)到地球上射進(jìn)分光儀的時(shí)候，它就不能產(chǎn)生連續(xù)的明亮光譜，而只能產(chǎn)生被夫朗和費(fèi)儀的時(shí)候，它就不能產(chǎn)生連續(xù)的明亮光譜，而只能產(chǎn)生被夫朗和費(fèi)線(xiàn)所隔斷的彩色光譜。線(xiàn)所隔斷的彩色光譜。結(jié)論：結(jié)論：太陽(yáng)大氣里一定有熾熱的鈉蒸汽。太陽(yáng)大氣里一定有熾熱的鈉蒸汽。 1859年10月20日，基爾霍夫向柏林科學(xué)院寄出了論述夫瑯和費(fèi)暗線(xiàn)新發(fā)現(xiàn)的報(bào)告。 時(shí)隔不久又寄出一份新報(bào)告，用數(shù)學(xué)來(lái)證明熾熱的氣體應(yīng)該有吸收它自己所發(fā)出各種光線(xiàn)的性質(zhì)。 太陽(yáng)上含有鈉、鐵等30多種其它元素,其中銅、鐵、錫、氫、鉀、鈣、鎳都是地球也有的物質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 堿金屬堿金屬“銫

27、銫” “” “銣銣”的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 銫銫(Cs)(Cs)是一種稀少的堿金屬元素，是第一個(gè)光譜分析法發(fā)是一種稀少的堿金屬元素，是第一個(gè)光譜分析法發(fā)現(xiàn)的元素?，F(xiàn)的元素。 18461846年，礦物學(xué)家布萊豪普特年，礦物學(xué)家布萊豪普特(A. Breithaupt)(A. Breithaupt)注意到有注意到有一種不同顏色的石英砂，命名為銫榴石一種不同顏色的石英砂，命名為銫榴石(pollycite)(pollycite)；德國(guó)化；德國(guó)化學(xué)家普拉特納學(xué)家普拉特納(K. Plattner)(K. Plattner)對(duì)只夠做一次實(shí)驗(yàn)的銫榴石進(jìn)行對(duì)只夠做一次實(shí)驗(yàn)的銫榴石進(jìn)行分析，沒(méi)有新發(fā)現(xiàn)，但使他吃驚的是組分總和

28、只有分析，沒(méi)有新發(fā)現(xiàn)，但使他吃驚的是組分總和只有92.75%92.75%，普氏沒(méi)有查清原因，但證實(shí)了銫榴石中堿的含量是所有已知普氏沒(méi)有查清原因，但證實(shí)了銫榴石中堿的含量是所有已知硅酸鹽中最高的。硅酸鹽中最高的。銫被大量的鈉和鉀所掩蔽銫被大量的鈉和鉀所掩蔽, ,所以普氏不能提取出來(lái)。所以普氏不能提取出來(lái)。研究杜爾漢（Durkheim ）礦泉水的收獲： 蒸發(fā)濃縮礦泉水，取出一滴濃縮液送進(jìn)燈焰里，出現(xiàn)蒸發(fā)濃縮礦泉水，取出一滴濃縮液送進(jìn)燈焰里，出現(xiàn)鈉、鋰、鈣、鍶、鉀常見(jiàn)元素的譜線(xiàn)。鈉、鋰、鈣、鍶、鉀常見(jiàn)元素的譜線(xiàn)。 用化學(xué)分離法分離掉高含量的鈣、鍶、鋰，溶液只剩用化學(xué)分離法分離掉高含量的鈣、鍶、鋰，溶

29、液只剩下鈉及微量的鉀。下鈉及微量的鉀。 取一滴分離后的溶液送進(jìn)燈焰里，再往分光儀里產(chǎn)生取一滴分離后的溶液送進(jìn)燈焰里，再往分光儀里產(chǎn)生的光譜一看，出現(xiàn)了兩條陌生的淺藍(lán)色譜線(xiàn)。的光譜一看，出現(xiàn)了兩條陌生的淺藍(lán)色譜線(xiàn)。將母液中的氧化鈣、氧化鍶和氧化鎂先行沉淀，把殘余部分用已將母液中的氧化鈣、氧化鍶和氧化鎂先行沉淀，把殘余部分用已受硝酸處理的酒精去溶解，借以固定堿化物，再利用碳酸銨去除受硝酸處理的酒精去溶解，借以固定堿化物，再利用碳酸銨去除鋰。鋰。 1860年5月，本生正式向柏林科學(xué)院提交新發(fā)現(xiàn)：已知的元素都不會(huì)在這個(gè)光譜區(qū)里顯現(xiàn)出兩條藍(lán)線(xiàn)，因此其中必然有一個(gè)新的元素存在，且屬于堿金屬。 這種新元素取

30、名為銫“Cesium”(源于拉丁文Cesius蔚藍(lán)的天空)。 純金屬銫的獲?。杭兘饘黉C的獲取： 18821882年，德國(guó)化學(xué)家塞特貝格年，德國(guó)化學(xué)家塞特貝格(K. Satterberg)(K. Satterberg)借助電借助電解氰化銫（解氰化銫（CsCNCsCN）和氰化鋇（）和氰化鋇（Ba(CN)Ba(CN)2 2）的混合物，第）的混合物，第一次獲得純銫。一次獲得純銫。 幾乎同時(shí)，俄國(guó)別凱托夫幾乎同時(shí)，俄國(guó)別凱托夫(Beketov)(Beketov)獨(dú)立制得了銫：用獨(dú)立制得了銫：用鎂在氫氣流中還原鋁酸銫鎂在氫氣流中還原鋁酸銫(CsAlO(CsAlO2 2) )而制得。而制得。2CsAlO2C

31、sAlO2 2 + Mg 2Cs + Al + Mg 2Cs + Al2 2OO3 3 + MgO+ MgO第二個(gè)光譜元素第二個(gè)光譜元素 “銣銣” 1861 1861年初，本生和基爾霍夫在對(duì)礦石鋰云母進(jìn)行光譜分年初，本生和基爾霍夫在對(duì)礦石鋰云母進(jìn)行光譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)了另外一種新的堿金屬。析時(shí)，發(fā)現(xiàn)了另外一種新的堿金屬。鋰云母鋰云母 制成溶液制成溶液 化學(xué)分離法處理，化學(xué)分離法處理， 溶液里只剩有堿金屬溶液里只剩有堿金屬 加入少許氯化鉑，產(chǎn)生大量沉淀加入少許氯化鉑，產(chǎn)生大量沉淀 ， 分光鏡光譜分析分光鏡光譜分析( (只有鉀的特征明線(xiàn)只有鉀的特征明線(xiàn) ) ) 熱水反復(fù)洗滌，熱水反復(fù)洗滌， 最終顯現(xiàn)出

32、兩條深紅色的陌生譜線(xiàn)！最終顯現(xiàn)出兩條深紅色的陌生譜線(xiàn)！K K2 2PtClPtCl6 6 Rb Rb2 2PtClPtCl6 6 1861 1861年年2 2月，本生又向柏林科學(xué)院提交了這一新發(fā)現(xiàn)：月，本生又向柏林科學(xué)院提交了這一新發(fā)現(xiàn)：又找到了一個(gè)堿金屬，由于它的深紅的譜線(xiàn)，取名為又找到了一個(gè)堿金屬，由于它的深紅的譜線(xiàn)，取名為“R Ru ub bidium” (idium” (銣，源于拉丁文銣，源于拉丁文rubidusrubidus最深的紅色最深的紅色). ). 同時(shí)，本生和基爾霍夫同時(shí)，本生和基爾霍夫 在一年前發(fā)現(xiàn)銫的同一在一年前發(fā)現(xiàn)銫的同一礦泉水中也發(fā)現(xiàn)了銣：礦泉水中也發(fā)現(xiàn)了銣： 蒸發(fā)了

33、蒸發(fā)了4444噸杜爾漢礦泉水，提取到噸杜爾漢礦泉水，提取到7 7克純凈銫克純凈銫鹽、鹽、1010克純凈銣鹽。克純凈銣鹽。銫銫 銣銣第三節(jié)第三節(jié) 金屬金屬“鉈鉈”“”“銦銦”的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)稀散金屬鉈、銦：分布分散、沒(méi)有專(zhuān)屬礦物。稀散金屬鉈、銦：分布分散、沒(méi)有專(zhuān)屬礦物。發(fā)發(fā) 現(xiàn)現(xiàn) 人：人：英國(guó)物理和化學(xué)家克魯克斯英國(guó)物理和化學(xué)家克魯克斯 (Crookes, W., 1832-1919)(Crookes, W., 1832-1919)鉈鉈發(fā)現(xiàn)時(shí)間發(fā)現(xiàn)時(shí)間： 18611861年年發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)： 18501850年，克魯克斯收到德國(guó)一個(gè)年，克魯克斯收到德國(guó)一個(gè)硫酸廠的硫酸廠的1010磅殘?jiān)?，他利用這批

34、殘?jiān)芯恳话鯕堅(jiān)?，他利用這批殘?jiān)芯恳活?lèi)叫氰化硒的化合物，通過(guò)一系列的化學(xué)分離制得類(lèi)叫氰化硒的化合物，通過(guò)一系列的化學(xué)分離制得硒，并且發(fā)表了他的第一篇關(guān)于硒的專(zhuān)著硒氰化硒，并且發(fā)表了他的第一篇關(guān)于硒的專(zhuān)著硒氰化物。物。 在硒的提取于純化后還留下少量的殘?jiān)鶕?jù)化學(xué)相在硒的提取于純化后還留下少量的殘?jiān)?，根?jù)化學(xué)相似性，他估計(jì)在這個(gè)殘?jiān)锟赡艽嬖陧?，可惜?jīng)過(guò)種種似性，他估計(jì)在這個(gè)殘?jiān)锟赡艽嬖陧?，可惜?jīng)過(guò)種種努力實(shí)驗(yàn)均告失敗。努力實(shí)驗(yàn)均告失敗。 18611861年，克魯克斯用分光鏡研究保存了十年之久的殘年，克魯克斯用分光鏡研究保存了十年之久的殘?jiān)?。將樣品放在本生燈的火焰上燃燒，結(jié)果大所失望，渣。將

35、樣品放在本生燈的火焰上燃燒，結(jié)果大所失望，在光譜中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)他所期望的碲的譜線(xiàn)，但卻從譜圖在光譜中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)他所期望的碲的譜線(xiàn)，但卻從譜圖中發(fā)現(xiàn)了從未見(jiàn)過(guò)的美麗的中發(fā)現(xiàn)了從未見(jiàn)過(guò)的美麗的綠色譜線(xiàn)綠色譜線(xiàn)。 克魯克斯在將新元素命名為鉈（克魯克斯在將新元素命名為鉈（T Thahal lliumlium），希臘文），希臘文的意思為新的綠枝。的意思為新的綠枝。 18611861年年3 3月月，在，在化學(xué)新聞化學(xué)新聞上有關(guān)上有關(guān)克氏新發(fā)現(xiàn)的文章；克氏新發(fā)現(xiàn)的文章；18621862年他把貼有年他把貼有“金屬鉈金屬鉈”標(biāo)簽的標(biāo)簽的一瓶標(biāo)本送到倫敦世博會(huì)上去陳列展示，并獲金獎(jiǎng)。但一瓶標(biāo)本送到倫敦世博會(huì)上去陳列展示，并獲金獎(jiǎng)。但實(shí)際上瓶子里裝的是硫化鉈。實(shí)際上瓶子里裝的是硫化鉈。 法國(guó)化學(xué)家拉密法國(guó)化學(xué)家拉密(Lamy, C. A., 1820-1878)(Lamy, C. A., 1820-1878)第一第一個(gè)把金屬鉈分離出來(lái)。個(gè)把金屬鉈分離出來(lái)。硫酸廠燃燒黃鐵硫酸廠燃燒黃鐵礦收集到的煙灰礦收集到的煙灰看到鉈的綠看到鉈的綠色特征譜線(xiàn)色特征譜線(xiàn)著手分著手分離工作離工作煙灰用等煙灰用等體積的王體積的王水加熱溶水加熱溶解解沸水溶沸水溶解殘留解殘留物物冷冷卻卻析出黃色片析出黃色片狀晶體：