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科学八卦丨10个早期研究化学元素的奇闻趣事

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导读

从前从前,在学校中所学的化学是相当枯燥的科目,涉及记忆大量数字和化学反应。但是不要被这些假象给懵逼啦,科学可是看似玄乎枯燥的字面下藏着的丰富多彩故事哦,今天跟绿橙们一起来八一八湮没在历史的尘埃中的科学趣事轶事吧


10.一个矿里藏了七种元素



镱(Ytterbium)、钇(yttrium)、铽(terbium)和铒(erbium)这四种颇为拗口的元素被排列在一起是有原因的,它们都是通过几近不可能完成的手段采获的,其名称都取自其发现地——瑞典伊特比(Ytterby)的一处石英采矿场。这处采矿场以黄金矿山闻名,彼时在黄金矿山发现的诸如金轧(gadolinium)、钬(holmium)、镥(lutetium)、钪(scandium)、钽(tantalum)和铥(thulium)这些元素都被载入了新元素。没错,它们的确很容易混淆。


1843年,瑞士化学家C.G.莫桑德尔(Carl Gustaf Mosander)把硅铍钇矿(gadolinite)分解为稀土材料氧化钇(yttria)、氧化铒(erbia)和氧化铽(terbia)。然而有一次当他分享他的发现时,翻译漏掉了字母,于是氧化铒被认作氧化铽,氧化铽被认作氧化铒。1878年,新命名的氧化铒被分解成了两部分——氧化镱和新的氧化铒。人们猜测氧化镱是种包含了新元素的化合物,这种新元素就叫做镱。氧化镱被分解为镱(neoytterbium)和镥两种元素。你已经困惑了吗?neoytterbium是否会再次变为简单的旧名ytterbium,而lutecium又是否会改为luteium?


来自伊特比采矿场的矿元素最终被归为一种元素,这种归类来之有因。由于冰川时期末期的冰川活动,矿藏已经足够成熟到可以开采。有个相当奇怪的巧合在同一时间发生:矿藏最初用于开采长石,后来却被强调是生产瓷器的关键因素。在远东(the Far East)制作瓷器的过程是被严格保密的,直到后来一些炼金师参与进来才逐渐被公开。开放的伊特比矿藏可以帮助制作瓷器,化学家加多林(Johan Gadolin,这些岩石的命名者)为了帮助他的朋友——一位英国瓷器生产商,而在这里工作。


9.钡曾被认为是巫术



今天钡是一种非常常见的元素,曾用于生产白纸、涂料和阻挡X射线的着色剂,在扫描中也会借含钡的着色剂增加消化系统清晰度。在中世纪,钡是一种众所周知的物质,但和我们现在的理解有所出入。当时有种光滑的石头——多出现在意大利博洛尼亚(Bologna,Italy)——在女巫和炼金师之间十分流行,因为它们有一种特性:在光照中静置片刻后再放到黑暗处就会闪光。


在16世纪,有人提出所谓的博洛尼亚石头实际上是点金石。他们有着神秘的属性:把它们加热几分钟,接下来的几个小时它们都会发光。鞋匠文森特·卡斯诺罗(Vincentius Casciorolus)也是个业余的炼金术士,他用尽各种办法希望利用博洛尼亚石把其他金属变成金子,并试图炼出长生不老药。令人遗憾的是他失败了。在接下来的200年中,博洛尼亚石都被认为是与神秘巫术有关的奇珍异宝。


1774年,在卡尔·舍勒(Carl Scheele,因研究软锰矿(MnO2,也被称为Scheele’s green)而享有盛名)的碱土金属实验之前,钡元素一直都被视作独立存在的一种元素。最初钡金属被叫做碳酸钡(terra ponderosa)或者“重土”(heavy earth),直到一位英国化学家分离并鉴定了这能使女巫石发光的元素,才避免了之后几十年人们继续误解钡元素。


8.发现氦的巧合


从古至今,科学家们一直都争相探索猎奇、发现真理,但发现氦元素的背后有着一个异常离奇故事。


19世纪后期,在科学界有关太阳辐射的研究还是个新兴领域,科学家们认为最好(或许也是唯一)的研究方法即是在日食之时观察太阳。1868年,皮埃尔·塞萨尔·詹森(Pierre Jules Cesar Janssen)在印度开了家自己的店铺,在那里他不仅看到了日食,还观察到一种不同寻常的现象——未知的黄色光芒。当时的皮埃尔意识到自己要想知道这种奇特光芒的本质就得补充新的知识。在这种想法的驱使下,他最终成功发明了太阳单色光观测镜(审校注:利用分光镜观察太阳表面,发现一条新的黄色谱线,即太阳上新发现的氦元素。)用以在白天观察太阳辐射。


说来也是巧合,远在半个地球之外的英国天文学家约瑟夫·诺尔曼·洛克耶(Joseph Norman Lockyer)在同一时间恰巧也做着与皮埃尔同样一件事——在白天观察太阳辐射现象,而且他也看到了黄色的光。


后来两人均将自己的研究发现整理写成论文,寄送给法国科学院(the French Academy of Sciences),两篇文章也颇为神奇地在同一时刻到达目的地。一开始二人的研究成果颇受嘲笑,然而事实表明他们确实作出了伟大的科学贡献,应共享此荣。


7.命名之争


许多化学元素的名称与符号看起来并不匹配,因为元素的符号通常来源于拉丁文,如金对应符号的是”Au”。不过也有例外,例如元素钨的符号就是 “W”。


“钨”与众不同的原因在于长久以来它一直都拥有两个名字。以英语为母语的国家称该种元素为“tungsten”,而其他国家认定的名称则是“wolfram”。为什么叫wolfram呢?因为钨起初是从一种名为黑钨矿(wolframite)的矿石中分离出来的,在2005年以前都还保留着这种叫法。尽管那时关于钨的“名称之争”非常激烈,其中以一批西班牙的科学家最为坚持,他们认为政府应当保留“wlofram”这种官方称呼。


其实除了英语之外,很多语言中仍使用“wolfram”表示钨元素,这也是钨的发现者Delhuya兄弟的要求。这个词来源于德语,意指“狼之泡沫”,其起源可追溯到锡冶炼的初期。在人类对元素还一无所知的时候,冶炼工人通常依据矿物熔化时的起沫方式来进行辨别。,人们千辛万苦想要从矿物中提取锡,而钨消耗锡的程度就像狼在啃食猎物般凶猛,因此大家将含钨元素的这种矿物称为“狼之泡沫”。如今,我们都知道矿石中含有大量丰富的钨元素,却不知道一些化学家为了守护它的名字付出了多少心血。虽然他们没能如愿以偿,不过还好钨的符号至今仍然保留为 “W”。


6.霓虹灯先于氖气出现



光怪陆离的百老汇和拉斯维加斯如今这么有名,但如果没有闪闪发光的霓虹灯,那这两个地方绝对会泯然于众。霓虹灯的发明是很久之前的事了,在人们对于氖气一无所知前就已经创造出了霓虹灯。


氖气是一种稀有气体,也是一种惰性气体,无色无味,几乎不会发生任何化学反应,和氩气、氪气等其他的稀有气体一同被发现。1898年,化学家莫里斯·特拉维斯(Morris Travers)和威廉·拉齐姆(William Ramsay)发现新气体存在时,他们当时正在做一个关于液态空气蒸发的实验。1902年科学家首次把氖气填进封闭的玻璃管,做成现在随处可见的那种独特炫目的广告招牌。


但是这并不是氖气的第一次应用,我们现在所看到氖气制成的招牌最早可以追溯到1850年,当时约翰·亨里奇·威荷姆·盖塞尔(Johann Heinrich Wilhelm Geissler)制造出第一个霓虹灯。虽然只是玻璃匠人的儿子,但盖塞尔是制造出真空管、真空泵并研究出如何把电极焊条装进玻璃管的第一人。由于氖气本身只有橙红色,他便用大量不同的气体做实验,制造出许多不同颜色的的霓虹灯。氖气受到欢迎,部分原因是由于它释放出来的颜色,还有就是它能在难以置信的长时间内保持这一种颜色,数十年都不会褪色。


5.铝比金子还珍贵


化学家们在有能力分离铝约40年前就认识了铝元素。在1825年他们终于找到了分离铝的方法,随后铝就变得出奇的珍贵。最初,一位丹麦化学家研究出了一种方法来分离铝,但是只能分离极少的一点。随后在1845年德国人研究出了怎样分离出足够供给的份量,甚至他们可以研究铝的基本属性了。1852年铝的平均价格大约是每千克1200美元,就相当于今天的33650美元。


直到1880年,技术进步了,铝才被广泛的应用,不过那个时候铝还是贵得难以想象。法国共和国的第一任总统, III)只有在宴请最重要的宾客的时候才会使用铝制餐具,一般的普通宾客就用金银餐具招待。丹麦的国王有一顶铝制的皇冠,并且在华盛顿纪念碑的顶点就是纯铝的,就像是我们今天选择纯银是一样的。巴黎上层的贵妇们佩戴着铝制珠宝,并用铝制的观剧望远镜来显示她们有多富裕。


铝也构成了未来愿景的骨干。1878年,巴黎举办了一个大型的铝制品展会,一时之间铝成了如凡尔纳(Jules Verne)等作家在构建未来伟大梦境时的首选材料。那时打算把铝用在从城市建筑到火箭船舶所有可能用到的地方。


当然了,当制造铝的新方法出现时,铝突然一下子变得随处可见,其价值也跟着急剧下降。


4.致命杀手——氟


16世纪一位德国矿物学家开始研究氟,并把它描述为一种能降低矿石熔点的物质。1670年,一个玻璃厂工人偶然发现氟石和酸性物质能够发生化学反应,并将这一发现用于蚀刻玻璃。分离氟也变得越加艰难——还可能致命。


化学界的老朋友卡尔·史基 (Carl Scheele)认为这种化学反应是源于氟石里的某种物质。对于氟这一化学物质的寻找之旅也于1771 年正式启程。直到1886年,享利·莫瓦桑〔Ferdinand Frederic Henri Moissan)才成功将其分离出来,他也凭此荣获诺贝尔奖。然而发现之旅充满了无数的疾病和伤痛,莫瓦桑本人在中途因为氟中毒和缓慢的恢复情况也曾四次被迫停止研究。这一伤害对他的身体影响巨大,以至于人们认为即便亨利没有在得奖几个月后死于阑尾炎,他的寿命也会因此极大缩短。


汉弗莱·戴维(Humphry Davy)他的眼睛和手指因研究氟受到了永久性伤害。爱尔兰化学家托马斯( Thomas)和乔治·诺克斯(George Knox)也倾尽全力试图分离出氟,他们一个为此付出生命,一个多年卧床不起。一位比利时化学家也为此付出生命,相同的命运还发生在法国化学家杰罗姆·尼 克尔斯(Jerome Nickels)身上。19世纪60年代,乔治·戈尔(George Gore)的研究导致了几起爆炸,直到莫瓦桑误打误撞地想到将他的样本温度降低到-23摄氏度(9°F), 然后尝试着分离高度挥发的液体后,才首次成功获得氟。


3.以魔鬼命名的元素


镍在现今已经十分普遍,它是美国硬币里的一种合金,正因如此,它也代指美国硬币(不过硬币中的镍含量只有百分之二十五)。不过镍这个名字也挺奇怪的。 其他的元素都是以诸神或他们的特点命名,而镍却是魔鬼的名字。


“Nickel” 这一单词是德语尼格尔铜(kupfernickel,尼格尔的意思是“骗人的小鬼”)的简写。这一用法要追溯到那个铜十分普遍而镍一无是处的时代。那时的矿工们十分迷信,发现几处原以为是铜矿的矿脉,最终却大失所望,这些无用的矿脉就被命名为kupfernickel,翻译成英文就是“Old Nick’s copper”。


Old Nick是魔鬼的名字。对于在地下深处劳作的矿工们来说Old Nick更为可怕。他们认为Old Nick 故意用假的铜矿来浪费矿工的时间并将他们引向死亡。毕竟,他们工作的每一天都埋伏着死亡的危机,矿工们深信着地灵的存在,坚信地灵可以决定是帮助还是杀死那些进 入其地下领域的入侵者。


1751年,瑞典化学家兼矿物学家阿克塞尔·弗雷德里克·克龙斯泰特(Axel Fredrik Cronstedt)首次分离出了纯粹的镍。矿工们用了几个世纪的无用矿石这一名字也就此打住。



2.揭开钯的神秘面纱


钯最先由一位叫做威廉•海德•沃拉斯顿(William Hyde Wollaston)的研究天才所记录的。沃拉斯顿拥有剑桥大学的医学学位,毕业后当了很长时间的医生和光学仪器研究者,之后才从事化学领域的研究,并且成功分离了钯和铑,创造了第一种可延展性铂。他向世人展示钯的方式堪称为化学史上的一朵奇葩。


与经济大亨史密森·坦能(Smithson Tennant)建立合作关系后,沃拉斯顿获得了所有实验所需要的原材料。这种材料从现如今叫做哥伦比亚铂矿的地方开采取得,需要从牙买加走私才能进入英国。1801年,他在自己的后花园里建立了一个完整的实验室进行相关研究。


沃拉斯顿早在1802年就在日记中提到了他所发现的新元素钯,最初命名为ceresium,不久后改名为palladium。得知还有其他的研究者也在进行相关的研究,他必须尽快公布他的发现。但是,他并不准备按照正常的流程公布,反而将一些新元素给了位于伦敦杰勒德街的一家商店。之后他发了些传单,宣传这是一种待售的新类型优质银。化学家们对这种行为表示气愤,很多人想要剽窃这种材料,无疑全部失败。同时有很多人谴责他,认为这种物质只是一类合金,于是他又匿名宣称任何可以证明这一点的人都将获得丰厚的奖赏。毫无疑问,没人可以证明。


但是,沃拉斯顿并没有停止相关的研究工作,在此期间,他又发现了元素铑(rhodium),并且为此发布了一篇论文。这一切全都发生在1804年。到了1805年,沃拉斯顿准备将钯公之于众,并为此写了一篇关于钯早期发现的文章。在伦敦皇家学会(the Royal Society of London)发现该元素之前,他对这种陌生的新材料的性质做了演讲,与向世人公布他早已发现了这种元素相比,成功研究了这种新元素的性质更令他兴奋。


1.氯和燃素


人们相信燃素的存在还要追溯要几十年前有关氯的记录。


乔治·厄恩斯特·斯塔尔(Georg·Ernst·Stahl)介绍说:“燃素理论表明,金属以组成该金属的元素为核心,周围散布有大量的燃素。”18世纪初,化学家使用这种理论解释为什么金属燃烧后发生了实质上的改变。比如说:铁燃烧之后,失去了铁的性质,只留下燃素。该理论不断完善,到了18世纪60年代,人们相信这种物质是“易燃空气”,就是我们所熟知的氢。其他元素在该理论中也有提及,比如说氧是“缺乏燃素的空气”,而氮是“燃素饱和的空气”。


1774年,卡尔•舍勒(Carl Scheele)第一次使用盐酸制备氯气,他描述该物质很容易辨别,显酸性,会使人窒息,并且会对肺部会产生巨大压迫。他还记录了氯气拥有漂白物体的性质,此外,氯气会使昆虫迅速死亡。可惜直到这时舍勒还认为他发现的并不是新元素,而只是一种缺乏燃素的盐酸。一位法国的化学家认为这是一种未知元素的氧化物,但这并不是关于氯讨论的最终结果。汉弗莱•戴维(Humphry Davy,命途多舛的氟发现者)认为这是一种无氧化合物,这完全与其余科学家的观点相违背,因为大多数科学家确信这是一种含氧化合物。直到1811年,燃素说被推翻,戴维才确信这是一种新元素,并以其颜色命名为氯。



本文来源:原作者:DEBRA KELLY 译者|@scorpion1+2;@Connie方瑾O(∩_∩)O3+4;@小小xi导语10+9;@晴天7+8;@candy5+6、前十网、绿丞编辑,感谢作者的精彩分享,转载请注明出处

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