元素发现史(4)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,元素觉察史,2023-09-30,Discovery of chemical element,第四章 电化学与元素觉察,用电化学方法觉察的元素：,钾、钠碱金属、钙、镁碱土金属,氟卤素、硼、硅、铝,电化学是争论电和化学反响相互关系的科学。,第一节 伏特电池的制造,1、人类对电的生疏,远古时代，雷鸣电闪，离奇奇妙。,静电现象的觉察：,公元前585年，古希腊哲学家塞利斯，已经觉察了摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体；,我国东汉时期的王充在论衡一书中提到“顿牟掇芥”；西汉末年，有关于“元始中公元三年矛端生火”，即金属制的矛的尖端放电的记载。,十七十八世纪，能够区分导体和非导体，把电分为阳电和阴电；,1663年，德国人盖利克Otto von Guericke，承受枯燥的手掌和硫黄球相互摩擦的方法制造产生大量电荷的机械：第一台摩擦起电机。,1731年，英国牧师格雷觉察可以用金属丝把房间里摩擦产生的电引出来绕花园一周，在末端仍具有对轻小物体的吸引作用，认为电是一种流体。,1745年，德国牧师,克莱斯托,，试用一根钉子把电引到瓶子里去，当他一手握瓶，一手摸钉子时，受到了明显的电击。,绝缘体,导体,莱顿瓶（Leyden),1746年，荷兰莱顿大学的教授慕欣布罗抑制造了“莱顿瓶”-电学史上第一个保存电荷的容器、最初的电容器诞生了。即：把带电的物体放在玻璃瓶子里，电不会跑掉，这样可把电储存起来。,1752年，富兰克林费城风筝试验,天空乌云密布，在风筝的牵引线上挂了把钥匙，摩擦指关节后与钥匙接触，结果火花消失了，这证明闪电实际上是大量的静电放电现象。,避雷针制造,18世纪下半叶人为利用电火花激发化学反响,1774年，普利斯特里利用电火花将氨分解为氢气和氮气；,1779年，普利斯特里觉察空气通过电火花时生成具有酸性的气体，1785年，卡文迪许证明是硝酸气NO2。,莱顿瓶放电不能提供稳定的电流.,假设在两根电极之间加很高的电压，并把它们渐渐地靠近，当两根电极靠近到肯定的距离时，在它们之间就会消失电火花。,2、电气时代的开头：伏特电池的诞生,1800年，历史上第一个电池供给稳定连续电流的装置诞生了，是承受化学方法产生电流的电源，称作“伏特电池”或“伏打电池”。,伽伐尼Luigi Galvani,17371798,伏特Alessandro Volta，17451827),来自青蛙腿的偶然觉察,1786年，伽伐尼在潮湿的铁案板上解剖青蛙，解剖刀遇到蛙脊的神经时，蛙腿抽动，认为动物含有一种“动物电”，这种电分布在动物的各个器官之间，金属与青蛀腿的接触，将“电流“释放出来并引起肌肉收缩。,1791年伽伐尼发表了关于电对肌肉运动影响的解释的论文。,年，伏特重复伽伐尼的试验，觉察只要在两种不同金属中间隔以湿的硬纸、皮革或其它海绵状的东西，不管有没蛙腿，都有电流产生，从而否认了动物电的观点。,著名的伏打序列：锌铅锡铁铜-银金。,(其中两种金属相接触时，位于序列前面的都带正电、后面的带负电.),金属对产生的电流微弱，但特别稳定。,年，伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置称为“伏打电堆”。同年3月，写信给英国皇家学会，以论不同导电物质接触产生的电为题，报告了电堆试验。,将金属锌做成的环放在铜金属做成的环上面,再将一个用硬纸片或皮革做成的环用盐水浸透压在两个金属环上。接着第三个环上压上铜环,铜环上再压上锌环,然后再压上浸过盐水的皮革,如此依次往上压,挨次总是先铜后锌,最终是湿的皮革,从而制成一个伏打电堆。,+,-,伏打电堆能产生连续的电流,它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大,由此开头了一场真正的科学革命.,干电池-用氯化铵的糊状物代替了盐水，用石墨棒代替了铜板作为电池的正极，而外壳仍旧用锌皮作为电池的负极。,负极反应：Zn（s）Zn,2+,+2e,正极反应：Cu,2+,+2e Cu（s）,改进后的伏打电池,“王杯”，比一大叠金属片对产生的电流强很多，“铜锌电池”的第一具有用电池.,3、电解试验初探,1790,年，派兹、突斯威克和戴曼三位科学家曾利用黄金导线和电极，借莱顿瓶反复、强力放电，能够分解微量的水，有微小的气泡,(5.5ml),附着在金线的电极上,.,1800年，英国化学家尼科尔森(W.Nicholson)和卡里斯尔(A.Carlisle)利用伏打电池进展第一个试验-电流分解水.,伏打电池,铂丝,竖式电堆由36枚英国银币、锌片和硬纸片组成,水,水,改用排水集气法,电解13h，获得17.5ml气体,从与电堆锌片相接的电极一端产生的气体量是另一极产生气体的两倍,与氢、氧合成水时的体积比一致.,这两种气体分别是氢和氧,1800年,皇家学会会报登载了尼科尔森和卡里斯尔的文章用电池电解水,承受伏打电池电解水获得成功,使人们生疏到可以将电用于化学争论。,金属盐类水溶液的电解争论，电解胆矾(CuSO.5HO)、硫酸银溶液，金属铜、银会沉积在阴极上。,纯金容器,蒸馏水,氢气,Q：电解水时，阳极四周总有酸性物质产生，阴极四周总有碱性物质产生？,A：电解过程中产生的酸碱可能是由于水的不纯水本身不纯、制造容器的材料溶入、空气溶进。-by“英国化学家戴维”,酸性和碱性物质大大削减，仅有少许硝酸、氨,阴极和阳极四周的水都不再使石蕊试剂转变颜色,其次节 化学家汉弗莱戴维,Davy,H.,1778-1829,英国化学家，电化学创始人之一，元素觉察史上觉察最多元素的科学家，1820年被选为英国皇家学会会长.,通过电解方法，共觉察7种新元素：钾、钠、钙、锶、钡、镁、硼,NH,4,NO,3,N,2,O(,笑气,)+2H,2,O,1800年，戴维将争论结果写成关于吸入氧化亚氮的化学及科学争论论文,对氧化亚氮的麻醉作用进展了全面的评价,建议它可以用在外科手术上;,建立酸的氢学说：在酸中氧是非本质性的，无氧酸中不含氧；但是酸中都含有氢，氢在酸中具有重要意义；,1815年，制造了矿用安全灯；,觉察了宏大的科学家法拉第.,迈克尔法拉第,伏打认为电堆中的电流仅仅是由于两种不同的金属接触以后产生的,但是戴维则认为电流实际上是由于电堆中发生了化学反响而产生的，在电解池中，由于电流的作用而使化合物分解成为它的组分；,第三节 揭开苛性碱之谜,-元素钾、钠的觉察,在古埃及，钠、钾的碳酸盐用于洗涤；,碳酸钠可从盐湖中实行，碳酸钾可由草木炭浸出，分别称为“矿物碱”、“植物碱”；,1702年，德国施塔尔把碱分为自然和人造两种，即碱(碳酸钠)和木灰(碳酸钾)；,18世纪欧洲化学家把碳酸钠、碳酸钾称为固定碱，把碳酸铵称为挥发碱。,苛性钾(KOH)、苛性钠(NaOH)，白色半透亮、结晶状固体,在空气中极易吸湿而潮解，水溶液有涩味和滑腻感。,对皮毛、皮肤、纸张等具有猛烈腐蚀作用，因而有“苛性”之名。,片状氢氧化钾,片碱氢氧化钠,拉瓦锡曾指出苛性钾和苛性钠不是单质。,在十三世纪间，欧洲人已知将熟石灰与温和的碱作用后可得苛性碱：,K,2,C0,3,+Ca(OH),2,2KOH+CaC0,3,Na,2,C0,3,+Ca(OH),2,2NaOH+CaC0,3,淡紫色火焰的隐秘-1807年,戴维电解苛性钾,无色澄清NaOH液,浩大电池组：大型电池24个，锌铜制电极宽1英尺；较小型电池100个，电极宽0.5英尺；最小型电池150个，宽1/3英尺。产生极其强大的电流。,+,-,O,2,H,2,熔融的无水苛性钾代替苛性钾水溶液,在强大电流作用下，熔融的苛性钾发生了显著变化：在导线与苛性钾接触的地方消失小小的、淡紫色的火焰。,+,-,O,2,获得新元素失败的缘由,第一次电解：水存在,其次次电解：熔融的碱赤热，温度太高,让电流通过冷的苛性钾固体,1807年10月6日,戴维第一次电解获得,钾,元素！,反响现象：苛性钾在与电极相接触的两端、从上下两个外表熔化，发出微小的嘶嘶声，几秒钟后，与正极接触的上外表沸腾，猛烈产生气泡，而下外表与白金盘接触的地方，滚落出有金属光泽的、象水银的小珠，有的一经生成马上燃烧，伴有爆炸声，冒出光明的紫色火焰，有的幸运保全，很快在空气中变暗，蒙上一层白膜。,枯燥的苛性钾在空气中停留几分钟,吸取到的湿气使碱外表刚能看出有一层薄薄的湿分时,通入电流。,湿气：固体碱变为导体,水分少：不阻碍分解碱,+,-,原来碱组分中含有某种金属,固体碱 坩埚，电解出来的金属尽量少接触空气，更多被保存,钾：来自木灰碱potash 碳酸钾，命名为Pstassium，拉丁名Kalium，源于kali 阿拉伯文中海草灰中的碱，化学符号为K。,钠：来自苏打soda 碳酸钠，命名为Sodium，拉丁名Natrium，源于natrun 阿拉伯文中自然碱，化学符号为Na。,戴维又以同样的方法从苛性钠中电解出金属钠,钾、钠的性质,钾和钠质地松软，钾、钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快就会被氧化而失去光泽，密度比水小、比煤油大，能漂移于水面之上，在常温下能与水(冰/雪)发生剧烈反响，产生火焰。,钠,钾,金属？,元素？苛性钾(钠)与氢化合物？,2Na2H,2,O 2NaOHH,2,2K2H,2,O 2KOHH,2,钾(钠)=苛性钾(钠)+氢?,1811年，法国化学家盖吕萨克和泰纳尔证明白钾是一种元素。,盖吕萨克,金属钾+纯净的氧 未检出有水产生,K,2,O,2,(反应产物)+CO,2,K,2,CO,3,+O,2,盖吕萨克和泰纳尔又探究出一种新的方法制备新金属。,在高温下熔化的苛性碱与红热的铁屑起化学反响，生成了金属钾和钠。这种方法简洁、经济，可以制出大量的钾和钠。,6NaOH十4Fe 6Na十2Fe,2,0,3,十3H,2,4KOH十3Fe 4K十Fe,3,0,4,十3H,2,Happy National Day!,