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元素简史:从波义耳到拉瓦锡,揭开人类发现新元素的历程

时间:2023-10-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:波义耳也好,拉瓦锡也罢,都没有发现任何元素。不过,从1661年波义耳发表《怀疑派化学家》,到1789年拉瓦锡出版《化学基本论述》,在此期间人类不仅发现了许多全新的元素,还正确识别了两种金属——此前,它们一直被当成其他金属的“特别版本”或者合金。1753年,法国化学家若弗鲁瓦证实了铋并不是锡或者铅。在拉瓦锡生活的时代,首次向人类展现真容的金属元素就包括镁、锰、钼、镍和钨。

元素简史:从波义耳到拉瓦锡,揭开人类发现新元素的历程

波义耳也好,拉瓦锡也罢,都没有发现任何元素。不过,从1661年波义耳发表《怀疑派化学家》,到1789年拉瓦锡出版《化学基本论述》,在此期间人类不仅发现了许多全新的元素,还正确识别了两种金属——此前,它们一直被当成其他金属的“特别版本”或者合金。1753年,法国化学家若弗鲁瓦证实了铋并不是锡或者铅。大约在1749年,铂总算告别了被误认为银的命运。1766年至1772年间,氢、氧、氮这三种气体元素得到了分离和确认。在拉瓦锡生活的时代,首次向人类展现真容的金属元素就包括镁、锰、钼、镍和钨。

另一种发光的石头

磷并不是唯一会自然发光的材料,也不是第一种被发现的此类物质。1603年,本是鞋匠的炼金术士卡斯卡里奥洛(V. Cascariolo)在意大利博洛尼亚附近挖掘火山岩时,发现了一块白色石头,便把它带回家做实验。他先是将其加热,然后发现它暴露在光线下之后,会在黑暗中发光数小时。卡斯卡里奥洛找到的是一种重晶石硫酸钡),这是第一种被发现的磷光材料。重晶石是钡、硫和氧的化合物,但含有杂质。散布在这块重晶石上的铜离子在暴露于光线下时吸收能量,然后再缓慢地释放出来。

在厄瓜多尔和哥伦比亚,铂往往现身于黄金矿层附近,且常为南美土著居民所使用。有些黄金制品中会掺杂着一些铂,而人们也时常单独加工铂。铂的熔点极高,达到了1770摄氏度,因此早期南美工匠并没有能力熔化它。不过,他们可以用铂块打造物件,因为铂具有极好的延展性。当地人还会制作金箔熔结金属,方法是将铂的颗粒添加到黄金熔液中,而颗粒状的铂天然就以铂铁合金的状态存在。

在旧世界(哥伦布发现新大陆之前欧洲人所认识的世界),早在公元前700年前后就有关于铂的记录,不过它始终与白银混同,直到西班牙殖民者从南美把它带回欧洲,人们才意识到这是另一种金属。1557年,意大利医师卡利杰(J. C. Scaliger)最早在出版物中提到了“铂”。这个名称源于西班牙语中的“platina”,字面意思为“小银”,南美当地矿工就是这么称呼这种金属的,他们觉着铂没有用处,往往就丢弃了。他们要的是黄金,而铂因为熔点格外高,没有办法加工,只能当作污染物处理。

南非工人在开采铂。南非现为世界上最大的铂金生产国
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西班牙探险家乌略亚(A. de Ulloa)可以算是铂的发现者。1735年,他游历哥伦比亚和秘鲁,既发现了作为黄金污染物的铂,也发现了矿藏中泛白的铂金属块。1745年返回西班牙时,他很可能也携带了一些铂。他发表了自己对这种金属的观察结果,称它“十分坚韧,难以通过在铁砧上锤击加以分割”。然而,如今普遍认为英国化学家伍德(C. Wood)才是铂的真正发现者,因为是他最早开展了对铂的彻底研究。

乌略亚是一位成就卓著的天文学家,同时也是一名探险家和西班牙海军将领

1741年,伍德在牙买加得到了一些铂的样本,他做了一些实验,并将这种材料寄给了身在英国的布朗里格(W. Brownrigg)。布朗里格深入研究之后,将自己的发现告知了英国皇家学会的沃森(W. Watson)。关于铂的详细报告这才得以在1749年和1750年发表在皇家学会的《自然科学会报》上。

由于熔点高,铂是一种很难处理的材料。1800年,35岁的英国医生沃拉斯顿(W. H. Wollaston)决定放弃医学,转而从事化学研究。他最先锻造出了铂的铸件,并在提纯铂的过程中发现了其他铂族元素,包括锇、铱、钯、铑。沃拉斯顿发现铂溶于王水,并据此改进了提纯铂的方法。

他放弃了医生的职业,这在当时看来是个很有经济风险的选择,却给他带来了丰厚的利润。他以每盎司3个先令的价钱,就能买到含铂75%的矿石(1盎司约合28.3克,1先令等于1/12英镑)。之后,他以每盎司2先令的成本提纯加工,再将纯铂以每盎司15先令的价钱售出。从1801年起直到1828年去世,沃拉斯顿靠这份买卖赚取了大概3万英镑,而他刚开始的预期十分保守,只求每年能赚60英镑。

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