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辨别元素的“指纹”

发布时间:2018-05-09 11:34:00 文章来源:未来智讯    
    
    焰色反应的问世
     焰色反应是指各种金属及其同类,在高温下都能发出自己特有的彩色光的一种发光现象。例如,钠是黄色,铜是蓝色,锶是红色,钾透过蓝色的钴玻璃看是浅紫色等等。这种奇异的发光现象最早是谁发现的呢?
    德国有位青年化学家叫本生,在1854年发明了一种煤气灯,可以方便调节火焰大小,并能在化学实验室中用来吹制玻璃品,人们管它叫“本生灯”。
    这种灯点燃时不冒烟,其灯焰可以变得极热,而且没有颜色。一次,他用白色镊子夹了一颗食盐放进火焰里灼烧,发现平时总是微弱的浅蓝色的火焰变然变得很黄。改用白金丝蘸一点盐的水溶液亦得到同样结果。
    善于思索的本生对此发生了浓厚的兴趣。经反复试验,他观察了其他一些化学药品在火焰中的表现,最后断定,某些含金属的化合物经无色的火焰灼烧能呈现出各种不同的颜色。
    相应地,只要通过对这些颜色的分析,不消几秒钟就能检查出任何一种物质的组成。
    
    光谱分析的诞生
     对单一的化合物进行了试验,本生又试验混合物的焰色反应。结果麻烦来了。譬如,凡是混有其他金属盐的钠盐溶液都显出黄色火焰。为此,本生想方设法分辨每种颜色。  一次,他用一块蓝色钴玻璃来观察火焰,发现黄色不见了,却看见了一种淡淡的紫色,后来才知道这是钾盐所致。但是,当把锶、锂和钙的盐混在一起时却很难一一分辨其红色火焰。
    1859年初秋,做了一年焰色反应试验的本生向他的朋友、德国光学专家基尔霍夫求助了。于是,两位科学家通力合作,他们从牛顿研究太阳光的方法中得到启示,用棱镜和放大镜做成了一架分光镜。他们利用这种分光镜把火焰分解成一条条光道,逐行进行研究。  经过大量的实验,他们发现每一种元素都有其特定的光谱线,这些光谱线都有固定的位置。他们最后的结论是,两种元素的焰色可能是一个模样,但是它们的光谱线的颜色、数量和位置却不会完全相同。这样,光谱线就成了分辨化学元素的彩色“指纹”。倘若把每种元素的指纹都画在纸上,便可很方便地进行对照查找。于是,一种对物质进行化学分析的新的方法――光谱分析法便诞生了。
    
    科学家的得力助手
     利用这种方法,人们对多种元素的混合物毋须分离、纯化,只要从其火焰的光谱图上就可以对着“指纹”迅速确定它的成份。  1860年的一天,本生和基尔霍夫在给杜尔汉矿泉水做光谱分析时,发现在光谱图中,除了大量的钾、钠、钙和锶等元素的光谱线外,还有两条从未见过的相互靠近的天蓝色谱线。
    他俩推断,新的谱线一定意味着新的元素的存在。他们将新元素命名为铯,即为天蓝色的意思。不久,他们终于从矿泉水中提取了11克铯的化合物。不到一年,他们用同样的方法又从锂云母中发现并命名了铷,亦为暗红色的意思。
    本生和基尔霍夫这一系列的发现很快引起了化学家们的重视,他们纷纷借助光谱分析这一法宝,把一些在自然界中含量很少或者很分散的元素不断寻找出来。1868年,法国天文学家詹森和英国天文学家洛克耶利用一次全日食的机会,用分光镜观察日珥的光谱,发现了一种从未见过的光谱线,他们断定这是一种新的元素,将它命名为氦,即“太阳元素”之意。  27年后,英国化学家拉姆赛终于从沥青铀矿中发现了氦。这样,人们根据元素的“指纹”,发现了距地球一亿五千万公里之遥的太阳大气中,含有60多种元素,从而打破了对太阳的神秘感,推翻了所谓“恒星的化学组成是人类绝对不能得到”的论断。
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