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元素发现史Discovery of chemical element * * 2010-10-9 第四章 电化学与元素发现 伏特电池的发明 戴维利用伏打电池电解苛性钾钠分离、 发现碱金属元素钾和钠 第四节 碱土金属元素--钙、镁的发现 I 栏：简单物质 光、热质、氧、氮、氢 II 栏：非金属简单物质 硫、磷、碳、盐酸基、氟酸基、硼酸基 III栏：金属简单物质 锑、银、砷、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌 IV 栏：土类简单物质 石灰、镁土、钡土、铝土、硅土 1789年拉瓦锡发表的第一张化学元素表，共列举33种元素，分为4类. 碱 土 很多土层里都含有这些物质，这些物质不怕火、水，“土”； 容易跟酸中和产生盐，溶解在水中所得溶液使红色石蕊试纸变蓝，“碱”。 电池发明之前，有关碱土的研究 钙 高钙石灰石 生石灰 熟石灰 钙的许多矿物，如；石灰石（CaCO3）和石膏（CaSO4），很久就为人们所知； 古罗马 老普林尼 的《自然史》中记载了人们已知如何把石灰石煅烧转变成生石灰； 石灰和石膏被广泛用于建筑工程中，如建造金字塔用的就是以石膏为基体的浆液； 德国化学家纽曼曾利用各种还原剂从氧化钙中获取金属的实验，惜未成功。 大理石 石膏雕塑 镁 石棉(MgSiO)、滑石(MgSiO)、白云石(CaMg(CO3)2)、软玉等含镁化合物在古代就已经知道并被应用，但被认为是石灰的变种； 1695年，在英国爱普逊附近的矿泉水中发现一种具有苦味的盐（硫酸镁），被用于医药； 18世纪，苦土（氧化镁）被当作灵丹妙药在罗马市面上出售，出产地保守严密； 1756年，英国化学家布拉克在论文《白苦土、生石灰和其它一些碱性物质的实验》中确定了石灰和苦土是两种不同的物质； 1777年，法国化学家萨季分解苦土未成功。 苦土 苦盐 石棉 白云石 滑石 由于石灰和苦土的不易分解性，直到十八世纪末仍被认为是不能再分的物质，被认定是元素，编入拉瓦锡的元素表里。 在电池发明之后，化学家们得到了分解活泼金属化合物的新武器，才有可能把活泼金属从化合物中分离出来。 戴维电解碱土提取新元素 第一次实验 庞大电池组，强大的电流 微微打湿的碱土块，石脑油掩盖 + - 碱土 结果： 1）碱土出现些特征，说明它是可以分解的，如电流通过的导线上出现了某种金属的薄膜状痕迹，这些痕迹在空气中会变暗；但这些新物质量太少，达不到可以觉察的份量； 2）戴维几个小时向碱土通电，碱土只分解很少的一点，而所得的一点金属立刻又与阴极铁丝相结合成。 X tip：石灰熔点远远高于苛性钾,需要很大的电流才能熔化. 第二次实验 戴维从碱土中提取新元素 干燥的碱土和钾 方法：用钾作还原剂 结果：玻璃被腐蚀，也没有金属颗粒产生。 X tip：戴维想法是，钾和氧迅速化合，能从水中夺走氧，那么钾也有可能从石灰等中把氧夺出来。 戴维分解碱土提取新元素 第三次实验 + - 碱土+木灰 熔融混合物 加热 通电 金属状颗粒浮生表面 发生火焰而燃烧 X 碱土+木灰 tip：生石灰（CaO）和重土（BaO）的熔点分别高达2580℃和2923℃，这么高的温度下钙、钡一旦出现便马上燃烧。 重回电解法 戴维分解碱土提取新元素 第四次实验 + - 生石灰+氧化汞 生石灰和氧化汞混合，进行电解，取得少量钙汞齐，但是仍不足以把金属钙分离出来。 tip：汞齐又称汞合金，是汞与一种或几种其他金属所形成的合金。 戴维想用汞来把生成的金属转为汞齐,或许可以保护新金属，以免烧掉。 X 及时雨降临： 1808年5月，戴维收到了 贝采里乌斯 的一封信，信中提到他和瑞典国王的御医 蓬丁 博士曾将石灰和水银混合在一起电解，成功地分解了石灰；他们还用这种方法电解重土制得了钡汞齐，建议戴维试用。 tip：贝氏的想法是不用铁丝向碱土通电，而用一个小小的液体水银柱来通电。新金属在电流的作用下，从碱土里分离出来时，一定会立刻溶解在水银里，形成新金属和水银的合金，水银遇热蒸发，从而提炼出很纯的新金属来。 戴维分解碱土提取新元素 第五次实验 在贝采里乌斯的启发下，戴维把潮湿的石灰和氧化汞按重量3:1的比例混合，置于铂板上，在混合物的中间掘一小洞，滴入水银，电解取得了大量的钙汞齐。他小心地蒸去汞，从而在化学史上第一次制得银白色的金属钙。 + - 500对极板组成的电池 铂板 石灰和氧化汞 大滴水银 铂丝 1808年7月10日，戴维写信给贝采里乌齐，对贝采里乌齐和蓬丁深致谢忱，并提及用同样的方法获得了新的金属元素镁、钡、锶。 Mg Sr 苦土（MgO）