《元素发现史(4)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《元素发现史(4)（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、元素发现史2010-09-30第四章第四章 电化学与元素发现电化学与元素发现v用电化学方法发现的元素用电化学方法发现的元素： 钾、钠钾、钠（碱金属）、（碱金属）、钙、镁钙、镁（碱土金属）（碱土金属） 氟（卤素）、硼、硅、铝氟（卤素）、硼、硅、铝 v电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。第一节第一节 伏特电池的发明伏特电池的发明1 1、人类对电的认识、人类对电的认识 远古时代，雷鸣电闪，离奇神秘。远古时代，雷鸣电闪，离奇神秘。 静电现象的发现：静电现象的发现： 公元前公元前585585年年，古希腊哲学家，古希腊哲学家塞利斯塞利斯，已经，已经发现了摩擦过的
2、琥珀能吸引碎草等轻小物体；发现了摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体； 我国我国东汉时期东汉时期的的王充王充在在论衡论衡一书中提到一书中提到“顿牟掇芥顿牟掇芥”；西汉末年西汉末年，有关于，有关于“元始中（公元始中（公元三年）元三年）矛端生火矛端生火”，即金属制的矛的尖端，即金属制的矛的尖端放电的记载。放电的记载。 十七十八世纪，能够区分导体和非导体，把十七十八世纪，能够区分导体和非导体，把电分为阳电和阴电；电分为阳电和阴电；16631663年，德国人年，德国人盖利克盖利克（Otto von GuerickeOtto von Guericke），采用干燥的手掌和），采用干燥的手掌和硫黄球相互摩擦的方
3、法制造产生大量电荷的机械：第一台摩擦起电机。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。17311731年，英国牧师年，英国牧师格雷格雷发现可以用金属丝把房间里摩擦产生的电引出来发现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。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。 17451745年，德国牧师年，德国牧师克莱斯托克莱斯托，试用一根钉子把电引到瓶子里去，当他，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。一手握瓶，一手摸钉子时，受到了明显的电击。 绝缘体绝缘体导体导
4、体莱顿瓶（莱顿瓶（Leyden)Leyden)17461746年，荷兰莱顿大学的教授年，荷兰莱顿大学的教授慕欣布罗克慕欣布罗克发明了发明了“莱顿瓶莱顿瓶”-电学史上第一个保存电荷的容器、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。璃瓶子里，电不会跑掉，这样可把电储存起来。 17521752年，年，富兰克林富兰克林费城风筝实验费城风筝实验 天空乌云密布，在风筝的牵引线上挂天空乌云密布，在风筝的牵引线上挂了把钥匙，摩擦指关节后与钥匙接触，了把钥匙，摩擦指关节后与钥匙接触，结果火花出现了，
5、这证明闪电实际上结果火花出现了，这证明闪电实际上是大量的静电放电现象。是大量的静电放电现象。 u避雷针发明避雷针发明 1818世纪下半叶人为利用电火花激发化学反应世纪下半叶人为利用电火花激发化学反应17741774年，普利斯特里利用电火花将氨分解为氢气和氮气；年，普利斯特里利用电火花将氨分解为氢气和氮气；17791779年，普利斯特里发现空气通过电火花时生成具有酸性的气体，年，普利斯特里发现空气通过电火花时生成具有酸性的气体，17851785年，卡文迪许证明是硝酸气（年，卡文迪许证明是硝酸气（NONO2 2）。）。 莱顿瓶放电不能提供稳定的电流莱顿瓶放电不能提供稳定的电流. . 如果在两根电极
6、之间加很高的电压，并把它们慢慢地靠近，当如果在两根电极之间加很高的电压，并把它们慢慢地靠近，当两根电极靠近到一定的距离时，在它们之间就会出现两根电极靠近到一定的距离时，在它们之间就会出现电火花电火花。 2 2、电气时代的开始：伏特电池的诞生、电气时代的开始：伏特电池的诞生18001800年年，历史上第一个电池，历史上第一个电池提供稳定连续电流的装置诞生了，是采提供稳定连续电流的装置诞生了，是采用化学方法产生电流的电源，称作用化学方法产生电流的电源，称作“伏特电池伏特电池”或或“伏打电池伏打电池”。伽伐尼（伽伐尼（Luigi Galvani, Luigi Galvani, 17371737179
7、81798）伏特（伏特（Alessandro VoltaAlessandro Volta，17451827) 17451827) 来自青蛙腿的偶然发现17861786年，伽伐尼在潮湿的铁案板上解剖青蛙，年，伽伐尼在潮湿的铁案板上解剖青蛙，解剖刀碰到蛙脊的神经时，蛙腿抽动，认为解剖刀碰到蛙脊的神经时，蛙腿抽动，认为动物含有一种动物含有一种“动物电动物电”，这种电分布在动，这种电分布在动物的各个器官之间，金属与青蛀腿的接触，物的各个器官之间，金属与青蛀腿的接触，将将 电流电流 释放出来并引起肌肉收缩。释放出来并引起肌肉收缩。17911791年伽伐尼发表了年伽伐尼发表了关于电对肌肉运动影关于电对肌肉
8、运动影响的解释响的解释的论文。的论文。 年，伏特重复伽伐尼的实验，发现年，伏特重复伽伐尼的实验，发现只要只要在两种不同金属中间隔以湿的硬纸、皮革或其它海绵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状的东西，不管有没蛙腿，都有电流产生，从而否定了动，不管有没蛙腿，都有电流产生，从而否定了动物电的观点。物电的观点。著名的伏打序列：锌铅锡铁铜著名的伏打序列：锌铅锡铁铜- -银金。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，但非常稳定。金属对产生的电流微弱，但非常稳定。 年，
9、伏打用锌片与铜片夹以盐年，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，这个水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置称为装置称为“伏打电堆伏打电堆”。同年。同年3 3月，写信给月，写信给英国皇家学会，英国皇家学会， 以以论不同导电物质接触论不同导电物质接触产生的电产生的电为题，报告了电堆实验。为题，报告了电堆实验。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,顺序总是先铜后锌,最后是湿的皮革,从而制成一个伏打电堆。+ +- -伏打电堆能产生连续的电流伏
10、打电堆能产生连续的电流, ,它的强度的数量级比从静电它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大起电机能得到的电流大, ,由此开始了一场真正的科学革命由此开始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，而外壳仍然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）改良后的伏打电池改良后的伏打电池“王杯王杯”，比一大叠金属片对，比一大叠金属片对产生的电流强很多，产生的电流强很多，“铜锌电铜锌电池池”的第一具实用电池的第一具实用电池. .3 3、电解实验初探、电解实验初探u 1790年，
11、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.u 1800年，英国化学家尼科尔森(W. Nicholson)和卡里斯尔(A. Carlisle)利用伏打电池进行第一个实验-电流分解水.伏打电池铂丝铂丝竖式电堆由36枚英国银币、锌片和硬纸片组成水水水水改用排水集气法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与氢、氧合成水时的体积比一致. .这两种气
12、体分别是氢和氧这两种气体分别是氢和氧18001800年年, ,皇家学会会报皇家学会会报刊登了尼科尔森和卡里斯尔的文章刊登了尼科尔森和卡里斯尔的文章用电池电解用电池电解水水, ,采用伏打电池电解水获得成功采用伏打电池电解水获得成功, ,使人们认识到可以将电用于化学研究。使人们认识到可以将电用于化学研究。 u 金属盐类水溶液的电解研究，电解胆矾(CuSO.5HO)、硫酸银溶液，金属铜、银会沉积在阴极上。纯金容器纯金容器蒸馏水蒸馏水氢气氢气Q Q：电解水时，阳极附近总有酸性物质产生，：电解水时，阳极附近总有酸性物质产生，阴极附近总有碱性物质产生？阴极附近总有碱性物质产生？A A：电解过程中产生的酸碱
13、可能是由于水的不纯（水本身不纯、制造：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、空气溶进容器的材料溶入、空气溶进）。）。 -by -by “英国化学家戴维英国化学家戴维”酸性和碱性物质大大减少，酸性和碱性物质大大减少，仅有少许硝酸、氨仅有少许硝酸、氨阴极和阳极附近的水都不阴极和阳极附近的水都不再使石蕊试剂改变颜色再使石蕊试剂改变颜色第二节第二节 化学家汉弗莱化学家汉弗莱戴维戴维Davy, H. ,1778-1829, Davy, H. ,1778-1829, 英国化学家，电化学创始英国化学家，电化学创始人之一，元素发现史上发现最多元素的科学家，人之一，元素发现史上
14、发现最多元素的科学家，18201820年被选为英国皇家学会会长年被选为英国皇家学会会长. .通过电解方法，共发现通过电解方法，共发现7 7种新元素：种新元素：钾、钠、钙、锶、钡、镁、硼钾、钠、钙、锶、钡、镁、硼u NH4NO3N2O(笑气) + 2H2O 18001800年，戴维将研究结果写成年，戴维将研究结果写成关于吸入氧化亚氮的化学及科学研究关于吸入氧化亚氮的化学及科学研究论论文文, ,对氧化亚氮的麻醉作用进行了全面的评价对氧化亚氮的麻醉作用进行了全面的评价, ,建议它可以用在外科手术上建议它可以用在外科手术上; ;u 建立酸的氢学说：在酸中氧是非本质性的，建立酸的氢学说：在酸中氧是非本质
15、性的，无氧酸中不含氧；但是酸中都含有氢，氢在酸无氧酸中不含氧；但是酸中都含有氢，氢在酸中具有重要意义；中具有重要意义；u 18151815年，发明了矿用安全灯；年，发明了矿用安全灯；u 发现了伟大的科学家法拉第发现了伟大的科学家法拉第. .迈克尔迈克尔法拉第法拉第 u 伏打认为电堆中的电流仅仅是由于两种不同的金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属接触以后产生的, ,但是但是戴维则认为电流实际上是由于戴维则认为电流实际上是由于电堆中发生了化学反应而产生的电堆中发生了化学反应而产生的，在电解池中，由于，在电解池中，由于电流的作用而使化合物分解电流的作用而使化合物分解成为它的
16、组分；成为它的组分；第三节第三节 揭开苛性碱之谜揭开苛性碱之谜 -元素钾、钠的发现元素钾、钠的发现 在古埃及，钠、钾的碳酸盐用于洗涤；在古埃及，钠、钾的碳酸盐用于洗涤； 碳酸钠可从盐湖中采取，碳酸钾可由草木炭浸出，分别碳酸钠可从盐湖中采取，碳酸钾可由草木炭浸出，分别称为称为“矿物碱矿物碱”、“植物碱植物碱”； 17021702年，德国施塔尔把碱分为天然和人造两种，即碱年，德国施塔尔把碱分为天然和人造两种，即碱( (碳酸钠碳酸钠) )和木灰和木灰( (碳酸钾碳酸钾) )； 1818世纪欧洲化学家把世纪欧洲化学家把碳酸钠碳酸钠、碳酸钾碳酸钾称为固定碱，把碳称为固定碱，把碳酸铵称为挥发碱。酸铵称为挥
17、发碱。v 苛性钾苛性钾( KOH )( KOH )、苛性钠、苛性钠( NaOH )( NaOH )，白色半，白色半透明、结晶状固体透明、结晶状固体, ,在空气中极易吸湿而潮解，在空气中极易吸湿而潮解，水溶液有涩味和滑腻感。水溶液有涩味和滑腻感。 对皮毛、皮肤、纸张等具有强烈腐蚀作对皮毛、皮肤、纸张等具有强烈腐蚀作用，因而有用，因而有“苛性苛性”之名。之名。 片状氢氧化钾片状氢氧化钾 片碱氢氧化钠片碱氢氧化钠v 拉瓦锡曾指出苛性钾和苛性钠不是单质。拉瓦锡曾指出苛性钾和苛性钠不是单质。v 在十三世纪间，欧洲人已知将熟石灰与温和在十三世纪间，欧洲人已知将熟石灰与温和的碱作用后可得苛性碱：的碱作用后可
18、得苛性碱： K K2 2C0C03 3 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 2KOH + CaC0 2KOH + CaC03 3 Na Na2 2C0C03 3 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 2NaOH + CaC0 2NaOH + CaC03 3淡紫色火焰的秘密淡紫色火焰的秘密-1807-1807年年, ,戴维电解苛性钾戴维电解苛性钾无色澄清无色澄清NaOHNaOH液液庞大电池组庞大电池组：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。产生极其强大的电流。+ +- -O O2 2H H2 2熔
19、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：在导线与苛性钾在导线与苛性钾接触的地方出现小小的、淡紫色的接触的地方出现小小的、淡紫色的火焰。火焰。+ +- -O O2 2获得新元素失败的原因获得新元素失败的原因 第一次电解：水存在第一次电解：水存在 第二次电解：熔融的碱赤热，温度太高第二次电解：熔融的碱赤热，温度太高让电流通过冷的苛性钾固体让电流通过冷的苛性钾固体18071807年年1010月月6 6日日, ,戴维第戴维第一次电解获得一次电解获得钾钾元素！元素！反应现象：苛性钾在与电极相接触的两端、从上下两个表面熔化，发出细微的嘶嘶声，几秒钟后，与正极接触的上表面
20、沸腾，剧烈产生气泡，而下表面与白金盘接触的地方，滚落出有金属光泽的、象水银的小珠，有的一经生成立即燃烧，伴有爆炸声，冒出明亮的紫色火焰，有的侥幸保全，很快在空气中变暗，蒙上一层白膜。干燥的苛性钾在空气中停留几分钟停留几分钟,吸收到的湿气使碱表面刚能看出有一层薄薄的湿分一层薄薄的湿分时,通入电流。湿气：固体碱变为导体水分少：不阻碍分解碱+ +- -原来碱组分中原来碱组分中含有某种金属含有某种金属固体碱固体碱 坩埚，电解出来的金属尽量少接触空气，更多被保存坩埚，电解出来的金属尽量少接触空气，更多被保存 钾钾：来自木灰碱（：来自木灰碱（potash potash 碳酸钾），命名为碳酸钾），命名为Ps
21、tassiumPstassium，拉丁名，拉丁名KaliumKalium，源于，源于kali kali （阿拉伯文中海（阿拉伯文中海草灰中的碱），化学符号为草灰中的碱），化学符号为K K。 钠钠：来自苏打（：来自苏打（soda soda 碳酸钠），命名为碳酸钠），命名为S Sodiumodium，拉丁名拉丁名N Natriumatrium，源于，源于n natruatrun n （阿拉伯文中天然碱），（阿拉伯文中天然碱），化学符号为化学符号为NaNa。 戴维又以同样的方法从苛性钠中电解出金属钠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、钠的性质 钾和钠质地柔软，钾、钠具有银白色的金
22、属光泽，在空气中很快就钾和钠质地柔软，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，能漂浮于水面之上，会被氧化而失去光泽，密度比水小、比煤油大，能漂浮于水面之上，在常温下能与水在常温下能与水( (冰冰/ /雪雪) )发生激烈反应，产生火焰。发生激烈反应，产生火焰。 钠钠 钾钾金属？元素？苛性钾(钠)与氢化合物？2Na2H2O 2NaOHH2 2K2H2O 2KOHH2 钾(钠)=苛性钾(钠)+氢?v 18111811年，法国化学家盖吕萨克和泰纳尔年，法国化学家盖吕萨克和泰纳尔证明了钾是一种元素。证明了钾是一种元素。盖吕萨克盖吕萨克 金属钾金属钾+ +纯净的氧纯净的氧 未检出有水产生未检出有水产生K K2 2O O2 2( (反应产物反应产物) + CO) + CO2 2 K K2 2COCO3 3 + O + O2 2v 盖吕萨克和泰纳尔又探索出一种新的方盖吕萨克和泰纳尔又探索出一种新的方法制备新金属。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应，生成了金属在高温下熔化的苛性碱与红热的铁屑起化学反应，生成了金属钾和钠。这种方法简单、经济，可以制出大量的钾和钠。钾和钠。这种方法简单、经济，可以制出大量的钾和钠。 6NaOH十4Fe 6Na十2Fe203十3H2 4KOH十3Fe 4K十Fe304十3H2
