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1、元素发现史Discovery of chemical element,) 石英中的元素-“硅”,硅是极为常见的一种元素，是地壳中含量第二多的元素，构成地壳总质量的25.7%，仅次于第一位的氧（49.4%）； 自然界中，硅以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中； 长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等都是硅酸盐类，水晶、玛瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子、燧石等都是二氧化硅； 单质硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，但是，硅在自然界中没有单质状态存在，这就注定它的发现比碳和氧晚。,橄榄石,云母,燧石,长石,角闪石,硅石（二氧化硅）化学性质非常稳定，除氢氟酸外，其余酸无法溶解它，十
2、八世纪以前，硅石被认为是不能再分的简单物质，即元素； 1789年，硅石被列入拉瓦锡的元素表中，但拉瓦锡认为硅石可能是某种元素的氧化物。,晶体硅石,戴维用强力的电池去分解硅土、用钾蒸气通过红热的硅土，以求分离出单质硅，均未成功。,1811年，盖吕萨克和泰纳尔提取硅实验.,四氟化硅和钾蒸气共同加热，发生剧烈的反应，获得一种红棕色可燃固体粉末。,化学反应式:,1823年，贝采里乌斯将氟硅酸钾（K2SiF6）与过量金属钾共热制得无定形硅。,硅土、铁、碳的混合物高温加热，获得硅化铁,产物中除铁外，还含有其它金属。,1823年，贝采里乌斯采用两种方法获得无定形硅.,采用盖吕萨克实验方法，在四氟化硅气体中将
3、钾燃烧，产生褐色物质，投入水中放出氢气，同时有深褐色粉末沉于水底，即为混有难溶的氟硅酸钾（K2SiF6）的单质硅，通过贝氏耐心反复的洗涤，最终制得了纯净的硅粉。,四氟化硅+钾,水,反复洗涤,无定形硅,氟硅酸钾与过量的钾混合加热，所得产物中氟化钾溶于水，无定形的硅沉于水底。,产物硅在氧气中燃烧，生成了二氧化硅，证明从硅土中提取出了新元素“硅”。 游离态的硅在1811年第一次制得，而其元素的本质，直至1823年才被确定。, 1854年，法国化学家德维尔（Deville,H.,18181881） 最先制得晶体硅。,用强力电池组电解石英砂和冰晶石（AlF3.3NaF）的混合熔融物，在阴极上得到一种灰色
4、性脆的粒状金属，当这种金属颗粒冷却后，就会析出一种有金属光泽的片状晶体。 经研究，片状晶体与非晶形硅粉具有完全相同的化学性质。, 粘土中的银-元素“铝”,金属铝,明矾,矾土,刚玉坩埚,铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。 在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。 铝有金属光泽，质地柔软而坚韧，有延展性，相互碰击能发出响亮的声音，以轻、良好的导电和导热性能、高反射性、耐氧化而著称。 铝的发现较晚，主要是由于氧化铝 (矾土,Al2O3)极其稳定所致。 人类对铝的化合物早已有所了解：古代利用高岭土（硅铝酸盐）烧制陶瓷；明矾（KAl(SO4)2.12H2O）很早
5、被用作医药；红宝石、石榴石、蓝宝石、绿松石这些珍贵的宝石，铝是其中的主要成分之一。,红宝石是指颜色呈红色、粉红色的刚玉，它是刚玉的一种，主要成分是氧化铝(Al2O3)，红色来自铬(Cr)。,蓝宝石，是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al2O3）；蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致。,“明矾”是什么？组成长期未被确定，常与其他化合物混淆,1754年，德国化学家马格拉夫试图明确明矾的组成.,纯碱(Na2CO3),明矾溶液,矾土,H2SO4,马格拉夫实验三十年后，人们才弄清楚矾土是一种未知元素的氧化物，列入拉瓦锡元素表中。,戴维和贝
6、采里乌斯曾尝试电解分离出矾/铝土中的游离态元素(铝),未获成功.,1807年，戴维建议把这个未知元素称为“aluminium”（源于拉丁文alumen,明矾）, 第一次提取出铝单质的是丹麦物理和化学家厄斯泰德（Oersted, H. C. 1777-1851）。,1825年实验方法,Step 1: 制取低熔点的无水氯化铝；,粘土 + 木炭粉，加热至红热,氯气,无水氯化铝,Step 2: 无水氯化铝和钾汞齐共热生成铝汞齐；,Step 3: 密封状态下加热铝汞齐，汞蒸发，获得一块像锡一样的金属-含有杂质的铝。,1921年，德国化学家福格曾重复厄斯泰德的实验，证明采用上述方法确实可以得到金属铝。,粘
7、土,维勒(Wolhler，F. 18001882) 德国化学家,主要从事有机合成和无机物研究。,19岁进入马尔堡大学读医学，20岁时因为想求教于著名化学家格美林而转学到海德堡大学，在格美林的鼓励下，又转攻化学。1823年赴瑞典贝采里乌斯实验室工作，1825年开始执教于柏林大学。, 两大杰出贡献：1、合成尿素 2、1827年成功提取铝 ,科学界公认的首先提取出金属铝的人是维勒。,重复厄斯泰德的方法 发现钾汞齐与氯化铝作用后，生成的灰色熔块在加热后部分气化，放出钾蒸气和绿色烟雾，显示出反应不充分，还有钾、氯化铝的剩余物和其它杂质。,改进后的方法,Step1: 制取原料新工艺,过量的热碳酸钾溶液加到
8、沸热的明矾溶液中，得到氢氧化铝沉淀。,氢氧化铝 、木炭、植物油调成糊状，封闭坩埚中加热、焙烧，生成氧化铝和炭粉混合物。,这种黑色混合物加热到红热，让干燥氯气通过它，蒸馏出纯净的无水氯化铝。,AlCl3 + K,金属铝灰色粉末析出 （份量少，有杂质）,维勒是第一个描述金属铝的最重要性质的人；但和前人一样并没有得到纯铝；1845年制得块状金属铝。,制取纯铝第一人： 法国化学家 亨利.德维尔（ Deville, H.）,1854年，偶然实验结果激发了德维尔 研究工业化生产铝方法的热情，得到了拿破仑三世的支持。,原 料：法国包村矿，即铁铝氧石,实验过程：,1886年，铝的价格还与银一样。,廉价制铝工艺
9、的发明-1886年,1、美国俄柏林学院（Oberling College）的学生豪尔（C.M. Hall）,原 料：铁氧铝石（难熔）,辅助原料：冰晶石（3NaFAlF3），氯化钙,2、法国桑特-巴比学院（Sainte-Barbe College）的学生埃罗（Heroult,PLT）,15岁在圣巴卜学院学习时读过德维尔制铝的论文；1885年得到一家有蒸汽机和发电机的制革厂，开始电解各种含铝化合物。,铁变成了一种合金,炭阳极被腐蚀，氯化钠铝吸潮生成氢氧化铝/氧化铝，氧化铝被电解析出氧,19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，尤其航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具
10、有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 铝的应用极为广泛，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。,铝的应用,世界卫生组织规定人体每天的摄铝量应控制在0.004克以下，铝盐可能导致人的记忆力丧失。 油条（克油条中约含有.克明矾）、粉丝、凉粉、易拉罐装软饮料等，或是铝制炊具炒出的饭菜，都会使人的摄铝量增加，从而影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝。 铝在人体内慢慢蓄积，引起的毒性缓慢、且不易察觉，然而，一旦发生代谢紊乱的毒性反应，后果非常严重。,铝的过量摄入会对人体产生副作用,第二节 微量元素“钼”的发现,钼是银白色金属，硬而坚韧。 1953年，钼
11、确知为人体和动植物必须的微量元素；人体各种组织都含钼，成人体内总量为9mg。 钼在地壳中的丰度约为1106，钼的主要矿物是天然辉钼矿（MoS2）。 辉钼矿是一种软的黑色矿物，外型和石墨相似，18世纪末以前，欧洲市场上两者以“molybdenite”同一名称出售。,辉钼矿石, 1754年，瑞典矿物学家克隆斯塔特写了一篇关于辉钼矿研究的报告，描述辉钼矿具有某些特殊的性质。 1778年，舍勒完成了辉钼矿（MoS2）的分析。,1782年，舍勒的朋友 埃尔摩 从辉钼矿中分离出金属，舍勒命名为molybdenum。,用亚麻子油将木炭粉和钼酸调成糊状，放在密闭的坩埚里高温灼烧，氧化物被炭还原出金属钼。,17
12、89年，辉钼矿被证实是钼的硫化物，钼酸在矿石中不存在，需要利用硝酸氧化硫化钼而制成。,钼的应用,用于钢铁工业，不锈钢中加入钼，能改善钢的耐腐蚀性；铸铁中加入钼，能提高铁的强度和耐磨性能；含钼18的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性，用于制造航空和航天的各种高温部件，用于电灯泡钨丝支架的制造。 钼广泛应用在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面。 钼是植物所必需的微量元素之一，在农业上用作微量元素化肥。,第三节 贵族之家-铂系元素,铂系元素又称稀贵金属 铂Pt、钯Pd、铑Rh、锇Os、铱Ir、钌Ru,铂系金属资源珍稀、性能可贵，几乎完全以单质状态存在于自然界中，但在地壳中极度分散，铂系
13、元素几乎无例外地共同存在，形成天然合金。 在含铂系元素矿石中，通常以铂为主要成分，而其余铂系元素则因含量较小，必须经过化学分析才能被发现。 由于锇、铱、钯、铑和钌与铂共同组成矿石，因此它们都是从铂矿提取铂后的残渣中发现的。,铂族金属在矿石中的含量一般甚微，以每吨几克（g/t）计，矿物颗粒小，六个元素在不同的矿床中含量各异。,铂铱矿 铱含量75%铂钯矿 铂钯含量,天然铂钯矿,铂,由于铂在铂系矿物中的含量比其他元素的含量大的多，因而它是铂系元素中首先被发现的； 南美洲古代印第安人早已经利用铂和金的合金制成装饰品； 1557年，意大利斯卡里吉曾描述在南美洲的矿里发现一种新白色金属不能熔化，这是有关铂
14、的首次明确记载；,1735年，西班牙海军军官德.乌罗阿(de Ulloa)在秘鲁平托河附近发现白金（很像银有不溶于硝酸），取名为“Platina”(平托pinto地方的银)，有关经历记载在1748年出版的关于到南美洲旅行的历程报告一书中； 1744年德.乌罗阿将铂带回欧洲，经过英国化学家瓦特森(Watson, W.)研究、确认是一种新的元素，在1750年11月首先提出关于这一金属的报告。 十八世纪初英国矿物分析技师伍德(Wood, C.)在新格拉纳达的卡塔赫纳(南美洲北部殖民地)也曾采集到嵌有铂粒的矿砂，1741年请布朗利格(Brownrigg, W.)研究，直到1750年才写成报告，简要叙述
15、了铂的性质；1752年瑞典化学家谢斐尔(H. Scheffer)肯定铂是一种独立的金属.,1772年，瑞典 斯肯金(Cvon S ickingen)多方面研究了铂的性质，观察到：1）铂和银、金可以形成合金；2）王水能够溶解含铂、金、银的矿石，铂能溶解在王水中；3）最重要的是首次应用氯化铵从溶液中把铂沉淀的方法。,这个反应在铂系金属研究中起了很大的作用。,3Pt + 3HNO3+18HCl 3H2(PtCl6)+4NO+8H2O,铂有很高的化学稳定性，不与一般强酸（硫酸、硝酸、氢氟酸）、碱和其他试剂作用，应用于制造耐腐蚀的化学仪器。 十九世纪二十年代之后，铂的催化剂性能被广泛研究，铂在工业上表现出巨大意义。,铂族其他元素（钯Pd、铑Rh、锇Os、铱Ir、钌Ru)大多共生在铂矿里，含量少，又难溶解，在铂被提取之后，总是随残渣一起被抛弃，只有把铂矿进行精细分析时，才会被发现。,
