化学元素的发现及其命名探源.docx
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化学元素的发现及其命名探源
化学元素的发现及其命名探源
前言
到目前止，人类已经发现了110种化学元素。
由这些元素形成了宇宙世界万万千千种物质，构成了大自然妙趣横生的和谐图案。
纵观这些元素的发现过程，我们看到在这个“图案”上谱写了人类认识大自然从“必然王国”向“自由王国”过渡的客观规律，也看到科学事业先驱者认识自然、改造自然的奋斗足迹。
本书根据元素周期系，按照原子序数的顺序，编写出这些元素最早的发现年代、发现者、发现过程以及命名原义，试图探讨化学元素的发现及其命名的渊源，从一个侧面启迪人们去探索“自由王国”的奥秘。
也试图从这个探源过程中，介绍中国古代和现代科学家的贡献，恢复元素发现史的本来面目。
本书编者在参阅大量文献资料基础上，系统地介绍了化学元素的发现和命名的来龙去脉，订正了某些有出入的史料，收录了最新的科技成果。
书中蕴含了许多发人深省的科学发现的故事和源远流长的信息，内容新颖，深入浅出，兼备可读性和学术性，既可供专业工作者参考，又不失为一本雅俗共赏的科普读物。
读者可从中获得启迪。
由于编者水平有限，书中问题实难避免，恳请同行专家和读者批评指正，不胜感激。
参加本书编写的张连英负责文献资料的收集、检索和部份校核工作，并制定附表《110种化学元素发现一览表》；沙国平负责全书的编写、主审、校核工作。
本书的编写工作得到西南交通大学出版社有关同志的大力帮助，得到华东交通大学高级工程师王祖发同志的关心和帮助。
在此诚恳地致以谢意。
编者
1995年10月
于华东交通大学
内容提要
本书根据元素周期系，按照原子序数的顺序，分别介绍了迄今为止发现的110种化学元素的发现年代、发现过程、发现方法及其命名的原义。
内容新颖，深入浅出，系统完整，既有详尽的史料，又收录了最新的科技研究成果，兼备可读性和学术性。
可供高校、中专化学工作者、教师、研究生参考，也可供大、中学生阅读。
1.氢H（Hydrogen）
早在16世纪，瑞士著名医生帕拉塞斯（P.A.Paracelsus）曾描述过铁屑与醋酸作用时会产生一种气体（这种气体就是氢气）；17世纪时，海尔蒙特和波义耳等都曾偶然接触过它。
1700年法国勒梅里曾在一份《报告》里提到过它，并曾论及过这种气体的可燃性。
但是他们都不知道这种气体是什么东西，也没有将这种气体分离出来。
1766年，英国化学家卡文迪什（H.Cavendish）首先系统地研究了这种气体，他用铁屑和锌等作用盐酸及稀硫酸后用排水集气法收集而获得这种气体，但他误认为该气体是由金属分解出来的。
又由于这种气体在加热时就会燃烧，他就把它叫做“inflammableairfrommetals”，即“来自金属的可
燃空气”。
并错误地认为氢气就是燃素或燃素和水的化合物。
几年以后，1782年，法国化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier）重复了卡文
迪什、普列斯特里等人的实验，明确提出正确的结论：
水是氢和氧的化合物。
正确地赋予一个能反映这种可燃气体燃烧后产生水的这种变化特征的名字，把它称作“hydrogene”（英文变为hydrogen），即“氢”。
该词源自希腊语中的hydro（意为“水”）和后缀—genes（意为“产生”或“生出”），因此hydrogene原意为“会产生水的东西”。
并确认氢是一种元素。
中文名
曾为“轻气”。
值得提出，德国人不像英国人那样喜欢把他们的科学名词变为希腊文或拉丁文，他们直接用德语命名这种新的“空气”。
但他们也很注意上述奇特的变化，因此他们称它为wasserstoff，意为“水物质”。
当氢的同位素发现以后，英国物理学家卢瑟福（E.Rutherford）提议将H1叫做haploge，H2叫做diplogen。
这两个名词分别源自希腊语haploos（意为“单个的”）和diploos（意为“成双的”）。
但发现质量为2的氢的同位素的美国化学家尤里（H.C.Urey）建议将H2叫做deuterium，该词源自希腊语deuteros（意为“第二”），汉语译作“氘”。
而H1则称为protium，它源自希腊语protos（意为“第一”），汉语译作“氕”。
对于H3，则取名为tritium，源自希腊语tritos（意为“第三”），汉语译作“氚”。
2.氦He（Helium）
1868年8月18日的日食期间，在地球不同地点有6个不同观察者，发现日珥光谱中有一条明亮黄线。
法国天文学家简森（P.Janssen）在印度日食期间让太阳大气的光透过棱镜，他注意到在地球物质那些熟悉的光谱线中产生了一条他不能确认的黄色光谱线。
后来，英国天文学家洛克耶尔
（S.N.Lockyer）将这条谱线的位置和各种不同元素产生的类似谱线位置作了比较，断定这条新线是太阳中的某种元素产生的。
1869年雷伊脱（G.Rayet）指出这条线不是氢的也不是钠的，而是另一个元素的新线。
洛克耶尔和弗兰克兰（E.Frankland）把这种当时不为人所知而为太阳所有的元素定名为氦（helium）。
该词源自希腊语中表示太阳的一个词“helios”，因此氦的原
意是“太阳元素”。
在地球上找到氦这种元素则是在此之后二十七年的事。
1888年美国化学家赫列布莱德（W.F.Hillebrand）用硫酸处理一种沥青铀矿获得一种不活泼的气体。
由于他忽略了当这种气体加热时，它的光谱中的某些谱线并不是氮的谱线，他误认为这种气体就是氮，因而错过了发现新元素的机会。
1895年，苏格兰化学家拉姆赛（S.W.Ramsay）采用钇铀矿重复上述实验，并和洛克耶尔研究了所产生气体的谱线，证明了这种稀有气体正与太阳上的氦相同，从而证明了地球上也存在氦。
3.锂Li（Lithium）
1817年，瑞典化学家阿尔费德森（J.A.Arfvedson）在分析从攸桃岛（uto）采集到的一种叶石pelalite（现已证明是被称作透锂长石的硅酸锂铝LiAlSi2O5）过程中，发现该叶石中含有氧化硅、氧化铝及一种新碱金属。
他把这种碱金属制成硫酸盐，进行试验，并进行详细分析计算研究后，发现该碱金属与酸类饱和的量比其它各种固定碱类要大得多，它的溶液不被过量的酒石酸沉淀，又不受氯化铂的影响。
证明这种碱金属硫酸盐既不是钾盐、钠盐，也不是镁盐。
于是他肯定这种碱金属是一种新元素，并命名为“锂”（lithium）。
该词源自希腊语“岩石”之意，因为之前发现的碱金属钠和钾
是从植物里取得的。
阿尔费德森曾试图制取金属Li，但未成功。
1818年布兰德斯（Brandes）、戴维等人分别用强电流电解锂矿石制得了少量的这种金属。
直到1855年，本生和马提生（A.Matthiessen）采用电解熔融氯化锂的方法，
才制得较多量的锂可供研究之用。
4.铍Be（Beryllium）
1798年法国矿物学家霍伊（R.J.Haüy）观察到祖母绿和一般矿物绿柱石的光学性质相同，从而发现了铍。
根据霍伊的要求，法国化学家沃奎林
（L.N.Vauquelin）对绿柱石和祖母绿进行化学分析，当他把苛性钾溶液加入绿柱石的酸溶液之后，得到一种不溶于过量碱的氢氧化物沉淀。
他证明这两种物质具有同一组成，并含有一种新元素。
铍盐有甜味被称为甜土，这种新元素最早被命名为“鋊”，（glucinium），
该词来自法语“glucose”，是“葡萄糖”的意思。
后来因为发现镱的盐类也同铍盐一样具有甜味，“鋊”被改称为“铍”，希腊语“绿柱石”之意。
“铍”（beryllium）这一名称是德国化学家韦勒（F.Wohler）命名的。
1828年韦勒用金属钾还原铍土得到纯的金属铍粉末。
5.硼B（Boron）
古代埃及制造玻璃时已使用硼砂作熔剂，但是硼酸的化学成分19世纪初还是个谜。
1807年英国化学家戴维（H.Davy）报告了用电解法在两白金面之间电解湿硼酸以及在一个金属管中用钾还原硼酸制得了硼。
1809年法国化学家盖吕萨克（J.Gay—Lussac）和锡钠尔德（L.J.Thenard）用金属钾还原无水硼酸B2O3取得了单质硼。
硼的命名源自阿拉伯文，原意指硼砂“Borax”及相似的化合物“Borate”。
6.碳C（Carbon）
无定形碳、石墨、金刚石是三个已知的同素异形体。
认识无定形碳、使用无定形碳最早。
古代人类就已知道钻木取火，广泛用木炭来冶炼金属，明了炭是比木柴更好的燃料，伐薪烧炭便是古代农民的一种副业。
在旧石器时代用山火烧成的黑焦炭作为描绘物象的墨色涂料。
从埃及出土的古迹装饰品中就见到过金刚石。
1772年法国拉瓦锡把太阳光集光于金刚石时见产生二氧化碳，才知道它的本质是碳。
1797年英国的台耐特确认金刚石是纯碳所组成。
碳的命名原意取自拉丁语“木炭”之意。
拉丁语中“煤”称为Carbo（所有格为Carbonis），英语中元素碳（Carbon）的名称就是由此得来的。
在英语中煤叫coal，它最初用于指任何燃烧着的余烬，如将木材加热但不使其产生火焰，留下一种黑色的残余物，继续加热它会缓慢燃烧，这就是木炭
（Charcoal）。
Char的意思是炭化，Charcoal的意思是经过炭化形成的煤。
煤、木炭和各种形式的煤烟等都是无定形碳，对这类物质称为
“amorphous”（无定形的），它源自希腊语a—（意为“无”或“不”）和
morphous（意为“形状”）。
石墨因其每6个碳原子构成一个六角环形的层状晶体结构，容易写在纸上，因此对于碳的这种同素异形体，又叫做“graphite”（石墨），它源自
希腊语graphein，意为“写”。
由于金刚石具有正四面体的晶体结构，因此形成非常坚硬的同素异形
体，人们一度曾用adamant一词来表示它，该词源自希腊语前缀a—（不可）和希腊语daman（征服），意为“不可征服的”的物质。
7.氮N（Nitrogen）
1772年英国化学家布拉克（J.Black）的学生卢瑟福（D.Rutherfard）把老鼠放进密封的器皿里，及至老鼠闷死后，发现器皿内空气的体积较前减少了十分之一，若器内剩余气体再用碱液吸收，则又继续失去十分之一的体积。
用此法除去空气中的O2、CO2，并研究所余气体的性质，他发现它有不能维持动物生命和灭火的性质，且不溶于苛性钾溶液中，因此命名该气体为“蚀气”或“恶气”“Mephiticair”。
它源自拉丁词“mephitic”，意为“有毒的气体”，但卢并不承认这种“蚀气”是空气的一种成分。
英国牧师兼化学家普里斯特利（J.Priestley）也进行了实验，他和卢都称这种剩下来的气体叫“被燃素饱和了的空气”，意为它已“吸足了燃素”，因此失去了助燃能力。
1772年，瑞典化学家舍勒（G.W.Scheele）也从事这一研究，他用硫酐吸收大气中的氧气，取得氮气。
他把空气中能维持生命的那部分气体称为“火气”（fireair），剩下的部分则称为“秽气”（foulair）。
法国化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier）则把它称作“azote”（非生命气体）。
它源自希腊语中的前缀a-（意为“没有”）和zoe（意为“生命”）。
因此“azote”是没有生命的气体。
德国人按照同样的原则将它称为Sticksttoff，在德语
中的意思就是“窒息物质”。
1790年，法国化学家查普塔（J.A.Chaptal）把它称作“nitrogen”。
意指它是某种可以构成硝石的东西，因这种气体构成了常见的化学物质“硝石”分子的一部分，法语中的“硝石”叫nitre。
当时给新气体命名时都加上词尾“-gen”，来自希腊语中的后缀“-genes”，意为“出生”或“被产生出来”。
因此，nitrogen一词的原意就是“从硝石中产生出来的东西”。
现在，汉语中将nitrogen和azote都译作“氮”。
中文名曾为“淡气”。
8.氧O（Oxygen）
早在公元8世纪，中国人马和在其著作《平龙认》（看风水的书）中曾谈到：
大气是由阴、阳两部分组成，阴的部分可用“阳的变化物”如金属、硫黄及木炭等提取出来。
燃烧时，这些物质就与大气中阴体混合而生成此二种元素的混合物。
阴气是永不纯净的，但以火热之，可以从青石、火硝、黑炭石中提取。
水中亦有阴气，它和阳气紧密地混合在一起，很难分解。
因此，有人认为阴气就是氧气，从而认为氧气的最早发现者是中国人。
对这一说法存有争论。
不过至少可以说，在一千多年前，我国学者马和已经对氧气作了十分深入的研究。
17世纪，荷兰化学家德莱贝尔（C.J.Drebbel）曾加热硝石制得过氧气，但未进行研究。
约1700年前后，德国化学家斯塔尔（G.E.Stahl）提出一种理论解释为什么有些物质在加热时会燃烧或生锈。
他认为这样的物质含有
“phlogiston”（燃素），它源自希腊词phlogistos，原意为“易燃的”。
1756年俄国化学家罗蒙诺索夫（M.B.Lomonocol）曾在密闭玻璃器内煅烧金属，作了金属煅烧后重量增加的试验并指出：
重量的增加是由于金属在煅烧时吸收了空气的结果。
1772年，瑞典化学家舍勒首先制得纯净的氧气并对其性质进行了研究。
他用硝酸盐KNO3、Mg（NO3）2、氧化物HgO、碳酸盐Ag2CO3、HgCO3加热分解和用软锰矿与浓硫酸或浓砷酸混合蒸馏，从空气中分出了“火气”（Fireair，“维持生命的那部分空气”）。
但他的研究成果迟至1775年才发表。
发现氧的荣誉被英国牧师兼化学家普里斯特利（J.Priestley）所得。
1774年，普里斯特利利用聚光镜加热汞煅灰（氧化汞HgO），且用水上集气法收集被分解出的气体，研究其性质。
他发现这种空气能帮助蜡烛燃烧，使呼吸轻快，使人感到格外舒畅。
但由于燃素学说的禁锢，他把这种新气体称作
“dephlogisticatedair”，意为“脱去燃素的空气”。
1774年，法国化学家拉瓦锡用Sn和Pb作了著名的金属煅烧试验，指出燃烧就是金属与这种被其称作“上等纯空气”的气体化合的结果，从而推翻了人们信奉达百年之久的“燃素学说”，建立了燃烧的氧化学说，拉瓦锡也获得了“现代化学之父”的尊称。
但拉瓦锡错误地认为在所有的酸中都含有这种新物质，因此他把这种气体命名为“oxygine”，在英语中就是oxygen（氧），它源自希腊词oxys（意为“强烈”的、“锐利的”）和希腊语中的后缀-genes（意为“产生”）。
所以oxygen原意就是“产生某种强烈味道（酸味）的东西”。
换句话说，氧这一名称意味着酸的形成者。
在日语中把氧称为“酸素”就是这个意思。
德国人也承袭了拉瓦锡的错误，他们用德语将氧气命名为
“Sauerstoff”，意为“酸的物质”。
中文曾命名为“养气”，取“养气之质”之意，即人的生命必不可少的东西。
9.氟F（Fluorine）
氟的发现，被认为是上个世纪最困难的任务之一。
自1768年马格拉夫发现HF以后，到1886年法国化学家莫瓦桑（H.Moissan）制得单质F2经历了
118年之久。
这其中不少科学家为此不屈不挠地辛勤劳动，很多人由此而中剧毒，有的甚至贡献了他们宝贵的生命。
1529年德国化学家阿格里科尔（G.Agricol）确认萤石的存在，人们开始认识氟的存在。
1670年德国纽伦堡的艺术家斯瓦恩哈德（Schwanhard）发明用萤石和硫酸作为玻璃工业的刻蚀剂。
1764年马格拉夫（S.A.Marggraf）研究了硫酸与萤石的反应。
1780年瑞典化学家舍勒在研究硫酸与萤石作用时，他断言生成的酸是一种无机酸，称之为萤石酸，并预言在这种酸中，含有一种新的活泼元素。
当时曾被称为“不可驯服的”“不可捉摸”的元素。
从这以后，许多化学家致力于分离这个未知元素。
但一次一次失败了。
先后有德、英、瑞典、比利时、法国的化学家参加了研究工作。
仅在法国就经历了四代人，总共106年。
为了征服元素氟，先后有四位化学家由于氟中毒而献出了生命，其中有爱尔兰科学院成员托玛克·洛克斯（TomacNoks）兄弟俩、比利时化学家路易埃（P.Louie）、法国化学家杰罗·玛尼克莱（J.malikre）；有的化学家如戴维、莫瓦桑等由于在研制过程中受氟的危害得了重病而过早地去世。
1886年法国人莫瓦桑在总结前人经验基础上，在铂制U形管中，用铂铱合金作电极，在－23℃下，电解干燥的氟氢化钾，终于第一次制得单质氟。
这一成果轰动了当时法国科学院，也是当时世界化学领域的一个重大事件。
莫也因此而被授予1906年度诺贝尔化学奖。
但由于有害气体的毒害，长期劳累，莫瓦桑于获奖的次年便去世，年仅55岁。
关于氟的命名，早在1810年德国化学家戴维（H.Davy）与安培（A.M.Aupere）就曾建议用希腊字“Fluo”表示这个未知元素，含“流动”之意。
因含氟矿物称为萤石或氟石，远古时代，人们在金属冶炼过程中就知道用萤石作熔剂。
萤石和矿石在一起加热时，会使杂质生成流动性的矿渣而与金属分离，因此将其称为fluores，拉丁语“流动”（fluere）之意。
元素氟“Fluorine”，自萤石（fluor）中制得因此而得名。
法语从HF的性质
又赋予氟元素“破坏的”原意。
10.氖Ne（Neon）
1898年英国化学家拉姆赛（W.Ramsay）和特拉弗斯（M.W.Travers）在用化学方法（把已经不含有CO2、H2O和O2的空气通过灼热镁以吸收其中的氮）把O2和N2从空气中除去后，利用分级蒸馏粗氩的方法发现氖。
确定这个新元素氖的存在是由于在残余气体的发射光谱上发现了新的光谱线。
氖的命名，源自希腊词Neos，意为“新的”即从空气中发现的新气体。
11.钠Na（Sodium）
钠很早就用为玻璃的原料，1702年德国化学家施塔尔（G.E.Stahl）把“碱”分成天然的和人造的两种，即碱（碳酸钠）和钾灰（碳酸钾）。
1807年英国化学家戴维（H.Davy）用电解苏打的方法（通较大电流将苏打熔化），
在阴极得到金属钠。
并为它命名。
1806年戴维在一篇论文中曾预言：
“如果化学结合有如我曾大胆设想的那种特性，不管物体的天然电力多强，但总不能没有限度，可是我们人造的仪器的力量似乎能够无限地增大”，所以我们可以“希望新的分解方法使我们能够发现物体的真正元素”。
这个预言第二年就实现了。
因为钠存在于天然碱苏打（Soda）中，Na的取名sodium一词即源于此，
英文原意“苏打”。
元素符号“Na”源自医学拉丁文Natrium，意为“头痛药”。
12.镁Mg（Magnesium）
1695年英国医生用英国东部的含有盐类的湖水作有效的泻剂，同时小亚细亚有人把白色粉末苦土作为泻剂。
1755年英国的卜拉克指出苦土（氧化镁）与石灰为截然不同的两种物质。
1808年，英国人戴维使钾蒸气通过热的白镁氧（即氧化镁），并用汞提取被还原的镁。
他还用汞作阴极电解了硫酸镁、苦土（MgO），从而首先发现了镁。
但他得到的是一种汞齐形式的镁。
法国科学家布西（A.Bussy）于1828年用金属钾熔融无水氯化镁，第一
次得到了真正纯的镁。
1831年，布西将该金属命名为“镁”（Magnesium）。
镁的命名取自希腊文，原意为“美格尼西亚”，因为在希腊的美格尼西亚当时盛产一种名叫苦土的镁矿，古罗马人把这种矿物称为“美格尼西·阿尔巴”（magnesiaalba），“alba”的意思是“白色的”。
13.铝Al（Aluminium）
纪元前5世纪已有应用明矾作收敛剂、媒染剂的记载。
1824年，丹麦的
物理化学家厄斯泰德（H.C.Oeisted）将氯气通入粘土与木炭的炽热混合物，然后将所得的无水氯化铝与钾汞齐一起加热，第一个制备出不纯的金属铝。
1827年，沃勒（F.Wohler）把钾和无水氯化铝共热第一个离析了较纯的铝，并描述了它的很多性质。
1854年，德维尔（H.C.Deville）用钠作还原剂并成功生产了较大量的比较纯的铝。
同年第一次用电解法制备了铝。
铝的命名源自拉丁文“明矾”，在英国写作“Aluminium”。
14.硅Si（Silicon）
石英、水晶早为古代人认识，古埃及以石英砂为制造玻璃的原料。
1807
年瑞典化学家贝采里乌斯（J.J.Bertholius）将硅土、铁和碳的混合物烧至高温获得硅化铁，加盐酸，硅化铁分解产生沉淀，此时产生的氢气较纯铁分出的多，于是他证明其中必含有别种元素。
十六年后即1823年，贝采里乌斯用金属还原分离法将四氟化硅与金属钾或氟硅酸钾与钾共热首次制得粉状单质硅。
“燧石”在英语中称为flint（此词派生自盎格鲁—撒克逊语），在拉丁语中则为Silex（所有格为Silicis），因此，早期化学家把燧石及类似的岩石称为“Silica”（硅石），贝采里乌斯在硅石中发现新元素时，简单地在该词后加上一个供非金属用的后缀on，结果就是Silicon，汉语早年曾音译为“矽”，现在则称为“硅”。
15.磷P（Phosphorus）
17世纪，德国有位汉堡商人布兰德（H.Brand），是个炼金术士，他曾听传说从尿里可以制得黄金，于是抱着图谋发财的目的，使用尿作了大量实验。
大约在1669年一次实验中，他将砂、木炭、石灰等和尿混合，加热蒸馏，虽然没有得到黄金，却意外地分离出像蜡那样的色白质软的物质，它在黑暗中能放出闪烁的亮光，于是布兰德给它取了个名字叫“冷光”（即白磷），
他称它为Phosphorus。
磷的命名在希腊语中就是“晨星”，这个词来自phos（意为“光”）和phorus（意为“生产”、“诞生”）。
晨星是光的“产婆”，因为在它出现之后
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